第一部分：光纖通信基礎(chǔ)

1、3M Telecommunications3 Telecommunications光纖通信基礎(chǔ)光纖通信基礎(chǔ)Volition TM 3M Telecommunications3 Telecommunications光纖通信的特點光纖通信的特點 以光頻作為載頻傳輸信號以光頻作為載頻傳輸信號 以光導(dǎo)纖維，即以光導(dǎo)纖維，即光纖光纖，作為傳輸介質(zhì)，作為傳輸介質(zhì)3M Telecommunications3 Telecommunications 光纖的成分光纖的成分通信光纖的主要成分是通信光纖的主要成分是高純度石英高純度石英3M Telecommunications3 Telecommunications裸

2、纖結(jié)構(gòu)及裸纖結(jié)構(gòu)及 保護(hù)層保護(hù)層(包層，包層，125微米微米)折射率折射率n2 纖芯層折射率纖芯層折射率n1. n1n2,光纖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵光纖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵 3M Telecommunications3 Telecommunications光纖工作原理光纖工作原理n1n2q2q1q190qcqcn2n13M Telecommunications3 Telecommunications光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)外層 (PVC)包層(125)加強(qiáng)層 (Kevlar)緩沖層 (PVC)一次涂覆(250)纖芯(8.3-9/50/62.5)3M Telecommunications3 Telecommunicati

3、ons光纖涂敷層作用光纖涂敷層作用3M Telecommunications3 Telecommunications光纖模式分類光纖模式分類62.5/125、50/1258.3-9/1253M Telecommunications3 Telecommunications多模光纖分類：多模光纖分類：50,62.5/OM1,OM2,OM3多模光纖標(biāo)準(zhǔn)等級多模光纖標(biāo)準(zhǔn)等級 帶寬850NMMHZ.KM(min) 帶寬1300NMMHZ.KM(min)距離（米）1GB/s 850NM距離（米）1GB/s 1300NM距離（米）10GB/s 850NM距離（米）10GB/s 1300NM舊的光纖分類62.

4、5微米1602005003350微米400600新的光纖分類OM1(62.5)200500275500300OM2（50）50050055055082OM3(50)1500/2000500550300300 注：OM3光纖使用激光發(fā)射器（LL），在850NM波長帶寬可達(dá)2000MHZ.kmOM3光纖使用LED發(fā)射器（OFL），在850NM波長帶寬可達(dá)1500MHZ.KMOM1光纖可以使用CWDM技術(shù)在300米距離上支持10GB/s。所有光纖在850NM波長的衰減為3.5DB/KM(max)，在1300NM波長的衰減為1.5DB/KM（max）。3M Telecommunications3 Te

5、lecommunications 10 Gbps 1 G1 G1 G1 G1 G2005LAN Switch Enterprise Switch100 MbpsLAN Switch10101010101995LAN Switch 1Gbps10010010010010020003M Telecommunications3 Telecommunications3M Telecommunications3 TelecommunicationsOM3光纖光纖 OM1：62.5m多模光纖；多模光纖； OM2：50m多模光纖；多模光纖； OM3是新出現(xiàn)的萬兆光纖，是新出現(xiàn)的萬兆光纖， 是是50m多模光纖

6、多模光纖 OM3光纜同時在光纜同時在LED或激光光源兩種模式下都進(jìn)行了優(yōu)化或激光光源兩種模式下都進(jìn)行了優(yōu)化 支持萬兆以太網(wǎng)的傳輸支持萬兆以太網(wǎng)的傳輸 適應(yīng)對未來的考慮：平均每適應(yīng)對未來的考慮：平均每5年，網(wǎng)絡(luò)主干速度會提升年，網(wǎng)絡(luò)主干速度會提升10倍倍 3M Telecommunications3 Telecommunications支持萬兆以太網(wǎng)的傳輸方式支持萬兆以太網(wǎng)的傳輸方式 OM3光纖系統(tǒng)在短距離上具有明顯性能光纖系統(tǒng)在短距離上具有明顯性能/價格比優(yōu)勢價格比優(yōu)勢。 波長波長OM1OM2OM3SM成本對比成本對比（包括有源設(shè)備）（包括有源設(shè)備）850serial10gbase-sr 10

7、gbase-sw35m65m300mna1x1310cwdm10gbase-lx410gbase-lw4300m300m300m2-10km3-4x1310serial10gbase-lr10gbase-lwnanana2-10km1.5-2x1550serial10gbase-er10gbase-ewnanana40km4-6x3M Telecommunications3 Telecommunications單模光纖和多模光纖單模光纖和多模光纖單模和多模光纖的傳輸模式不同單模和多模光纖的傳輸模式不同3M Telecommunications3 Telecommunications光纖的傳輸模

8、式光纖的傳輸模式 光線在光纖中傳輸，就是交變的電場和磁場在光纖中傳輸。電磁場的各種不同分布形式，稱為模式。模式大致可分為基模，低次模和高次模。每種模式都有一個與它相對應(yīng)特定的入射角。高次模對應(yīng)于大的入射角。低次模對應(yīng)于小的入射角。光纖端面要求光波的入射臨界角c越大模數(shù)就越多，光纖芯徑越粗時模數(shù)越多。3M Telecommunications3 Telecommunications光纖的衰減光纖的衰減3M Telecommunications3 Telecommunications光纖的衰減系數(shù)光纖的衰減系數(shù)光源光脈沖光纖Lpipo光脈沖AB光纖衰減示意圖a= 10/L log pi/Po（dB

9、/Km）pipo光纖的輸入、輸出功率光纖的輸入、輸出功率L 光纖的長度光纖的長度 a 每千米光纖的衰減值，即衰減系數(shù)每千米光纖的衰減值，即衰減系數(shù)幾個典型值幾個典型值: 3 dB 50% 光傳輸光傳輸 10 dB 10% 光傳輸光傳輸 20 dB 1% 光傳輸光傳輸3M Telecommunications3 Telecommunications引起光纖衰減的原因引起光纖衰減的原因一、吸收損耗（1）本征吸收 光纖材料（SiO2）本身吸收光能而產(chǎn)生的。又稱為固有吸收，是不可消除的。只有選用本征吸收比較小的材料，才能減少其損耗值。（2）雜質(zhì)吸收 主要是由于光纖中各鐵、銅、錳、鉻、釩等過渡金屬離子和

10、氫氧根（OH）離子，這些離子在光的激勵下產(chǎn)生振動，吸收光能，從而造成對光的吸收。3M Telecommunications3 Telecommunications引起光纖衰減的原因引起光纖衰減的原因二、散射損耗（1）瑞利散射損耗 光纖材料的本征損耗。它是由材料折射率分布小尺度的隨機(jī)不均勻性所引起的。它和波長的四次方成反比，即波長越短，損耗越大。（2）波導(dǎo)散射損耗（結(jié)構(gòu)不完善損耗） 光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷引起的損耗，這種損耗與波長無關(guān)。光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷主要由熔煉工藝不完善和拉絲工藝不適當(dāng)引起的。3M Telecommunications3 Telecommunications引起光纖衰減的原因引起光纖

11、衰減的原因三、彎曲和微彎曲損耗 彎曲損耗是由于光纖中的傳導(dǎo)模在光纖的彎曲部分轉(zhuǎn)換成輻射模而造成的。它與光纖的彎曲半徑成指數(shù)關(guān)系，彎曲半徑越大，彎曲損耗越小。 微彎曲損耗是由于成纜時產(chǎn)生的不均勻側(cè)向壓力引起的。波導(dǎo)散射損耗是在光纖制造過程中產(chǎn)生的，而微彎曲損耗是在光纖制成之后，從側(cè)面對光纖施加壓力時，使光纖軸產(chǎn)生微米級彎曲引起的。3M Telecommunications3 Telecommunications光纖衰減曲線光纖衰減曲線3M Telecommunications3 Telecommunications光纖的重要特性光纖的重要特性色散色散色散的概念：光信號中不同頻率成分或不同模式的光

12、在光纖中傳輸速度和色散的概念：光信號中不同頻率成分或不同模式的光在光纖中傳輸速度和 距離不一樣，到達(dá)終點有先后，從而產(chǎn)生波形畸距離不一樣，到達(dá)終點有先后，從而產(chǎn)生波形畸 變，稱之為色散。變，稱之為色散。 輸輸 入入 脈脈 沖沖 輸輸 出出 脈脈 沖沖3M Telecommunications3 Telecommunications光纖的色散與帶寬的關(guān)系光纖的色散與帶寬的關(guān)系a 3M Telecommunications3 Telecommunications影響光纖傳輸?shù)囊蛩赜绊懝饫w傳輸?shù)囊蛩?光纖的各個組成部分的材料質(zhì)量及制造工藝的質(zhì)量光纖的各個組成部分的材料質(zhì)量及制造工藝的質(zhì)量 光纖的彎曲

13、半徑光纖的彎曲半徑 作用在光纖上的外力，如捆扎、扭曲作用在光纖上的外力，如捆扎、扭曲 光纖連接器及其連接操作的質(zhì)量光纖連接器及其連接操作的質(zhì)量 光纖接續(xù)的質(zhì)量光纖接續(xù)的質(zhì)量 3M Telecommunications3 Telecommunications 外力對光纖的影響外力對光纖的影響偏振模色散偏振模色散( (PMD)PMD)PMD對大容量數(shù)字和模擬通信系統(tǒng)工作是十分重要的3M Telecommunications3 Telecommunications光源的種類及區(qū)別光源的種類及區(qū)別LED:發(fā)光二極管發(fā)光二極管,發(fā)熒光（非相干光），譜線寬，入纖功率小，調(diào)制速率發(fā)熒光（非相干光），譜線寬，

14、入纖功率小，調(diào)制速率低，適合于低速短距離系統(tǒng)；使用簡單壽命長。低，適合于低速短距離系統(tǒng)；使用簡單壽命長。LD：輸出激光（相干光），譜線窄，入纖功率高，調(diào)制速率高，適合于輸出激光（相干光），譜線窄，入纖功率高，調(diào)制速率高，適合于高速長距離系統(tǒng)；溫度敏感相對壽命短。高速長距離系統(tǒng)；溫度敏感相對壽命短。3M Telecommunications3 TelecommunicationsLED & LD激光器的比較3M Telecommunications3 Telecommunications光纖在以太網(wǎng)中的應(yīng)用光纖在以太網(wǎng)中的應(yīng)用10Base-FL:多模光纖傳輸?shù)亩嗄９饫w傳輸?shù)?0Mbps以

15、太網(wǎng)，線纜的最大長度為以太網(wǎng)，線纜的最大長度為2000米；米；100Base-FX：多模光纖多模光纖(1300納米波長）傳輸?shù)募{米波長）傳輸?shù)?00Mbps以太網(wǎng)，以太網(wǎng)，62.5微微米纜最長米纜最長2000米，米，50微米纜最長微米纜最長2000米；米；100BASE-SX:多模光纖多模光纖(850納米波長）傳輸?shù)募{米波長）傳輸?shù)?00Mbps以太網(wǎng)，以太網(wǎng)，62.5微米微米纜最長纜最長300米，米，50微米纜最長微米纜最長300米；米；1000Base-SX：多模（多模（850納米波長）光纖連接的千兆比特以太網(wǎng)，納米波長）光纖連接的千兆比特以太網(wǎng)， 62.5微米纜最遠(yuǎn)傳輸距離微米纜最遠(yuǎn)傳輸

16、距離275米，米，50微米纜最長微米纜最長550米；米；1000Base-LX：多模（多模（1300納米波長）光纖連接的千兆比特以太網(wǎng)，納米波長）光纖連接的千兆比特以太網(wǎng)， 62.5微米纜最遠(yuǎn)傳輸距離微米纜最遠(yuǎn)傳輸距離550米，米，50微米纜最長微米纜最長550米米3M Telecommunications3 Telecommunications各種協(xié)議支持的距離和信道衰減各種協(xié)議支持的距離和信道衰減應(yīng)用 波長（nm） 最大距離m（ft） 最大信道衰減（dB） 62.5m 50m 62.5m 50m1 10BASE-FL（以太網(wǎng)） 8502,000(6,560)12.58.2100BASE-F

17、X（快速以太網(wǎng)） 13002,000(6,560)11.06.7100BASE-SX（快速以太網(wǎng)） 850300(984)4.04.04.5 1000BASE-SX2（千兆比特以太網(wǎng)） 850275(902)550(1,804)3.23 3.93 1000BASE-LX2（千兆比特以太網(wǎng)）1300550(1,804)550(1,804)4.03 3.533M Telecommunications3 Telecommunications注：上標(biāo)說明注：上標(biāo)說明1. 對基于LED的應(yīng)用，相對于62.5m光纖，對50m光纖來說，光源的最大耦合損耗是4.3dB。 10BASEFL規(guī)定了對50m光纖的最大耦合損耗為5.7dB。令牌環(huán)，F(xiàn)DDI和100BASE-FX規(guī)定了對50m光纖的最大耦合損耗為5.0 dB。2這是基于激光光源的應(yīng)用。3根據(jù)IEEE 802.3z，信道衰減取決于插入損耗和冗余量。4光源必須在50m光纖中耦合足夠大的功率，以使在去除任何耦合損耗的情況下取得4.0dB的功率分配。5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在使用50 m光纖時，使用者必須保持與62.5 m 同樣的功率分配。 3M Telecommunications3 Telecommunications萬兆以太網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)10 GBase-S : 多模光纖，850