光纖通信講座(1)：光纖通信基礎(chǔ)

1、光纖通信光纖通信基礎(chǔ)基礎(chǔ)1 什么是通信？什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收 什么是光通信？什么是光通信？用光波載運信息，實現(xiàn)通信 什么是光纖通信？什么是光纖通信？ 光纖通信是以光波為載波，以光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。光纖通信概念光纖通信概念光纖通信的主要特點 通信容量大，傳輸距離長 抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量佳 信號串?dāng)_小，保密性能好 原材料豐富，節(jié)省了有色金屬，環(huán)保 光纖尺寸小，質(zhì)量輕，便于敷設(shè)和運輸光纖通信優(yōu)缺點（與電通信比較）光纖通信優(yōu)缺點（與電通信比較） 一般光纖是一種高度透明的玻璃絲，由高純石英經(jīng)復(fù)雜的工藝?yán)贫伞?結(jié)構(gòu)多層同軸圓

2、柱體 。 組成纖芯、包層和涂覆層 光纖的結(jié)構(gòu) 光纖的結(jié)構(gòu) 纖芯直徑：單模光纖：8-10m 多模光纖：50m 包層直徑： 125m第第1種媒質(zhì)（種媒質(zhì)（n1）分界面分界面第第2種媒質(zhì)（種媒質(zhì)（n2）n1n2法線法線反射定律：反射定律：入射角入射角入入反射角反射角反反折射定律：折射定律：n1sin 入入n2sin 折折入入 反反折折入射光線入射光線折射光線折射光線反射光線反射光線第第1種媒質(zhì)（種媒質(zhì)（n1）分界面分界面第第2種媒質(zhì)（種媒質(zhì)（n2）n1n2法線法線折射光線折射光線反射光線反射光線入射光線入射光線全反射定律：全反射定律：當(dāng)入射角度增大到某一角當(dāng)入射角度增大到某一角度時，折射角可以獲得最

3、度時，折射角可以獲得最大值大值9090，此時可認(rèn)為無，此時可認(rèn)為無折射光存在，所有的入射折射光存在，所有的入射光都被反射，稱為全反射光都被反射，稱為全反射現(xiàn)象，滿足全反射現(xiàn)象的現(xiàn)象，滿足全反射現(xiàn)象的最小角度稱為全反射的臨最小角度稱為全反射的臨界角界角C C。C光纖軸光纖軸線方向線方向纖芯（纖芯（n1）包層（包層（n2）n1n2光纖的分類 按光纖截面上折射率分布分類階躍型光纖（SIF） 漸變型光纖（GIF） W型光纖 階躍型光纖：在纖芯和包層交界處的折射率呈階梯形 突變，纖芯的折射率n1和包層的折射率n2是均勻常數(shù)。 漸變型光纖：纖芯的折射率n1隨著半徑的增加而按一 定規(guī)律(如平方律、雙正割曲線

4、等) 逐漸減少，到纖芯 與包層交界處為包層折射率n2，纖芯的折射率不是均 勻常數(shù)。 W型光纖（雙包層光纖）：在纖芯與包層之間設(shè)有一 折射率低于包層的緩沖層，使包層折射率介于纖芯 和緩沖層之間。 光纖的纖芯折射率剖面分布光纖的纖芯折射率剖面分布 2b 2b 2b 2c 2a 2a 2a n n n n1 n1 n1 n2 n2 n2 n3 0 a b r 0 a b r 0 a c b r （a）階躍光纖 （b） 漸變光纖 （c）W型光纖 按傳輸模式的數(shù)量分類 多模光纖 單模光纖單模光纖 只傳輸一種模式，纖芯直徑較細(xì)，通常在5m-10m 范圍內(nèi)。多模光纖 可傳輸多種模式，纖芯直徑較粗，典型尺寸為

5、50m左右。 按光纖的工作波長分類 短波長光纖（0.8-0.9m） 長波長光纖（1.0-1.8m） 超長波長光纖（大于2m） 按制造光纖所使用的材料分類 石英系列 塑料包層石英纖芯 全塑光纖 光纖通信中主要用石英光纖主要用石英光纖，以后所說的光纖也主要是指石英光纖。 按套塑結(jié)構(gòu)不同 分為緊套光纖和松套光纖。 緊套光纖在一次涂覆的光纖上再套上一層塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動。 松套光纖在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中活動。 按ITU-T建議來分 為了使光纖具有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，ITU-T制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)。 G.651光纖（多模光纖） G.652光纖(常規(guī)單模光纖) G

6、.653光纖(色散位移單模光纖) G.654光纖(1.55m性能最佳單模光纖) G.655光纖(非零色散位移單模光纖) G.657光纖（接入網(wǎng)用抗彎損失單模光纖）n G.657A光纖：“彎曲提高”光纖，要求必須與G.652D規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)兼容，最小彎曲半徑10mm。已在國內(nèi)的FTTH工程中得到比較好的推廣應(yīng)用。n G.657B光纖：“彎曲冗余”光纖，不要求與G.652D規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)兼容，最小彎曲半徑可降低到7.5mm。G.657B的技術(shù)要求和制造工藝要求更高，也已開始應(yīng)用。n 符合G.657標(biāo)準(zhǔn)的光纖可以以接近銅纜敷設(shè)方式在室內(nèi)進(jìn)行安裝，降低了對施工人員的技術(shù)要求，同時有助于提高光纖的抗老化性能。

7、G.657光纖被認(rèn)為是FTTH室內(nèi)光纜應(yīng)用上的優(yōu)選。1 1、損耗、損耗 光纖通信的損耗又稱衰減。光信號在光纖通信中傳輸，隨著距離延長，光的強(qiáng)度隨之不斷減弱，這正是由于損耗特性的原因。 光纖損耗的定義：在光纖上兩個相距 L的截面之間的波長上的衰減為10lg(P1/P2)dB 式中P1為輸入光功率； P2為輸出光功率。 光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性 光纖產(chǎn)生損耗的原因很多，從材料、熔煉、拉絲、套塑到施工、運行的每一個環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生損耗。其類型有固有損耗、外部損耗和應(yīng)用損耗等。 A、固有損耗：來源于石英玻璃材料本身的缺陷和所含 雜質(zhì)，尤其和OH基的反應(yīng)。固有損耗重要包括雜質(zhì)吸收、固有吸收和瑞利散射等。

8、 B、外部損耗：主要是幅射損耗。它與光纖拉制工藝、涂層、成纜方式、結(jié)構(gòu)工藝等有關(guān)。 C、應(yīng)用損耗：施工安裝和使用運行中造成的損耗稱之為應(yīng)用損耗。光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性光纖衰減的主要原因130015508500.22.5損損 耗耗 (dB/km)波波 長長 (nm) 光纖帶寬：光纖帶寬：1300nm窗口約窗口約100nm，1550nm窗口約窗口約100nm，共共200nm，約，約30THz2 2、色散、色散 光脈沖沿光纖傳輸，脈沖寬度隨距離增長而展寬。它將使傳輸距離和傳輸速率受限制。 引起色散的因素有很多，主要有：多模光纖中的模式畸變、材料色散和結(jié)構(gòu)色散；單模光纖主要受材料色散的影響。 A

9、、模式畸變：不同模式傳播的速度不同，到達(dá)終點的時 間亦不同，傳播模式越多，模式畸變越大，即帶寬越小。 B、材料色散：材料不同光纖的折射率不同，傳播速度也不 同。 C、結(jié)構(gòu)色散：它是由于光纖的幾何結(jié)構(gòu)、纖芯尺寸、相對 折射率差等方面原因引起的。光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性3 3、偏振模色散、偏振模色散 偏振模色散定義偏振模色散定義 在單模光纖傳輸中，光波的基模含有兩個相互垂直的偏振態(tài)。理想光纖的幾何尺寸是均勻的,且沒有應(yīng)力,因而光波在這兩個相互垂直偏振態(tài)以完全相同的速度傳播,在光纖的另一端沒有任何延遲。然而,在實際的光纖中,兩個相互垂直的偏振模以不同的速度傳播，因而到達(dá)光纖另一端的時間也不同。這

10、兩個相互垂直的偏振模在單位長度中的時間差,即是PMD，其單位為ps/km。光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性 偏振模色散對于光傳輸距離的影響偏振模色散對于光傳輸距離的影響 當(dāng)兩個正交的偏振模之間的時延差dt達(dá)到系統(tǒng)速率一個脈沖時隙的三分之一時，將會付出1dB的信號功率代價。由于PMD的隨機(jī)統(tǒng)計特性，PMD的瞬時值有可能達(dá)到平均值的3倍。為了保證信號功率代價低于1dB，PMD的平均值必須小于系統(tǒng)速率一個脈沖時隙的十分之一。 光纜是以光纖為主要通信元件，通過加強(qiáng)件和外護(hù)層組 成的整體。 光纜是依靠其中的光纖來完成傳送信息的任務(wù)，因此光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要保證其中的光纖具有穩(wěn)定的

11、傳輸特性。 光纖成纜的原因1. 增加抗沖擊、抗彎曲等性能；2. 根據(jù)不同使用情況可以制成不同結(jié)構(gòu)形式的光纜 對光纜的基本要求1. 不能因成纜而使光纖的傳輸特性下降2. 在成纜過程中光纖不能斷裂3. 纜徑細(xì)、重量輕4. 便于施工和維護(hù)組成：纜芯、加強(qiáng)元件、光纜護(hù)層等1、纜芯：由一根或多根光纖組成。光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu)2.加強(qiáng)元件 作用：用于增強(qiáng)光纜敷設(shè)時可承受的負(fù)荷 材料：鋼絲和非金屬纖維。 位置：通常處在纜芯中心，有時配置在護(hù)層中。3.光纜護(hù)層 作用：防水防潮、抗拉抗壓抗彎等 材料：聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)、聚氨酯 聚酰胺。此外，還有鋁鋼等金屬防潮 位置：由內(nèi)到外可加入一層或多

12、層圓筒狀護(hù)套。 4.4.填料填料 材料：防潮油膠材料：防潮油膠 作用：防潮防水作用：防潮防水 位置：纜芯和護(hù)套之間。位置：纜芯和護(hù)套之間。5.5.鎧裝鎧裝 材料：鋼絲鋼帶材料：鋼絲鋼帶 位置：最外一層位置：最外一層 作用：防外力損壞。作用：防外力損壞。 12芯松套層絞式直埋光纜 按傳輸性能、距離和用途分類按傳輸性能、距離和用途分類 市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜。市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜。 按光纖的種類分類按光纖的種類分類 多模光纜、單模光纜。多模光纜、單模光纜。 按使用環(huán)境和場合分類按使用環(huán)境和場合分類 室外光纜、室內(nèi)光纜和特種光纜。室外光纜、室內(nèi)光纜和特種光纜。 按光

13、纖芯數(shù)多少分類按光纖芯數(shù)多少分類 單芯光纜和多芯光纜。單芯光纜和多芯光纜。 按纜芯結(jié)構(gòu)分類按纜芯結(jié)構(gòu)分類 層絞式光纜、骨架式光纜、中心束管式光纜和帶狀光纜。層絞式光纜、骨架式光纜、中心束管式光纜和帶狀光纜。 按敷設(shè)方式分類按敷設(shè)方式分類 管道光纜、直埋光纜、架空光纜、水底光纜。管道光纜、直埋光纜、架空光纜、水底光纜。光纜光纜分類分類四類典型結(jié)構(gòu)的光纜四類典型結(jié)構(gòu)的光纜1 1、層絞式結(jié)構(gòu)光纜、層絞式結(jié)構(gòu)光纜 把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強(qiáng)芯周圍絞合而構(gòu)成。把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強(qiáng)芯周圍絞合而構(gòu)成。12芯松套層絞式直埋光纜 6芯緊套層絞式光纜12芯松套層絞式直埋防蟻光纜12芯松套層絞式水底光纜2 2、骨

14、架式結(jié)構(gòu)光纜、骨架式結(jié)構(gòu)光纜 骨架式結(jié)構(gòu)光纜是把緊套光纖或一次涂覆光纖放入加強(qiáng)芯周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。12芯骨架式光纜骨架式自承式架空光纜3 3、中心束管式結(jié)構(gòu)光纜、中心束管式結(jié)構(gòu)光纜 把一次涂覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)芯配置在套管周圍而構(gòu)成。 12芯束管式光纜4 4、帶狀結(jié)構(gòu)光纜、帶狀結(jié)構(gòu)光纜 把帶狀光纖單元放入大套管中，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可把帶狀光纖單元放入凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。中心束管式帶狀光纜層絞式帶狀光纜36邊粘型：光纖帶薄，窄，尺寸小包覆型：光纖帶厚，寬，尺寸大6芯帶12芯帶24芯帶典型結(jié)構(gòu)光纜比較典型結(jié)構(gòu)光纜比較典型結(jié)構(gòu)層絞式結(jié)構(gòu)骨架式結(jié)

15、構(gòu)束管式結(jié)構(gòu)帶狀式結(jié)構(gòu)制造較容易，光纖數(shù)量較少（12芯以下）結(jié)構(gòu)簡單，對光纖保護(hù)較好，耐壓、抗彎性能較好，節(jié)省了松套管材料和相應(yīng)工序，但也對放置光纖入槽工藝提出了更高的要求。體積小、重量輕、制造容易、成本低，是更能發(fā)揮光纖優(yōu)點的光纜結(jié)構(gòu)之一。空間利用率最高的光纜，可容納大量光纖，每個單元的接續(xù)可一次完成。 特殊結(jié)構(gòu)光纜特殊結(jié)構(gòu)光纜水底水底(海底海底)光纜光纜阻燃光纜阻燃光纜非金屬光纜非金屬光纜全介質(zhì)自承式光纜全介質(zhì)自承式光纜 ADSS架空地線復(fù)合光纜架空地線復(fù)合光纜 OPGW水底光纜水底光纜芯管芯管阻水帶阻水帶軋紋鋼帶軋紋鋼帶加強(qiáng)鋼加強(qiáng)鋼 裝鋼裝鋼絲絲HDPEHDPE內(nèi)護(hù)層內(nèi)護(hù)層外護(hù)層外護(hù)層油

16、膏油膏光纖光纖阻燃光纜阻燃光纜 阻燃層加在光纜的外護(hù)層 阻燃材料有鹵阻燃-聚氯乙烯 PVC無鹵阻燃-阻燃聚烯烴光纜的主要性能參數(shù)光纜的主要性能參數(shù) 機(jī)械性能（包含抗張力和抗側(cè)壓力）機(jī)械性能（包含抗張力和抗側(cè)壓力） 彎曲性能彎曲性能 溫度特性溫度特性 介電強(qiáng)度介電強(qiáng)度 滲水性能滲水性能光纜型號光纜型號 光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成，中間用一短橫線分開。1、光纜、光纜型式代號型式代號 由五個部分組成，如下圖所示。GYGZL03-12T50/125 ：分類代號及其意義為（應(yīng)用環(huán)境) GY通信用室（野）外光纜； GR通信用軟光纜； GJ通信用室（局）內(nèi)光纜； GS通信用設(shè)備內(nèi)光纜； GH通信用

17、海底光纜； GT通信用特殊光纜。 ：加強(qiáng)構(gòu)件代號及其意義為： 無符號金屬加強(qiáng)構(gòu)件； F非金屬加強(qiáng)構(gòu)件； G金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件； H非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。 ：派生特征代號及其意義為： D光纖帶狀結(jié)構(gòu)； G骨架槽結(jié)構(gòu)； B扁平式結(jié)構(gòu)； Z自承式結(jié)構(gòu)。 T填充式結(jié)構(gòu)。 ： 護(hù)層代號及其意義為；（護(hù)層使用材料） Y聚乙烯護(hù)層； V聚氯乙烯護(hù)層； U聚氨酯護(hù)層； A鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)層； L鋁護(hù)套； G鋼護(hù)套； Q鉛護(hù)套； S鋼-鋁-聚乙烯綜合護(hù)套。 ：外護(hù)層的代號及其意義為： 外護(hù)層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護(hù)層，外護(hù)層的代號及其意義如下。 2、光纜規(guī)格、光纜規(guī)格 由五部分七項內(nèi)容組成，如下圖所示。光纜的規(guī)

18、格組成部分 ： 光纖數(shù)目用1、2、，表示光纜內(nèi)光纖的實際數(shù)目。 ： 光纖類別的代號及其意義 J二氧化硅系多模漸變型光纖； T二氧化硅系多模突變型光纖； Z二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖； D二氧化硅系單模光纖； X二氧化硅纖芯塑料包層光纖； S塑料光纖。 ： 光纖主要尺寸參數(shù) 用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點數(shù)）及以m為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。 ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb及cc三組數(shù)字代號構(gòu)成。 a表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下： 1波長在0.85m區(qū)域； 2波長在1.31m區(qū)域； 3波長在1.55m區(qū)域。 注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時，應(yīng)同時列出各波長上的規(guī)格代號，并用“/”劃開。 bb表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（dB/km）的個位和十位數(shù)字。 cc表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（MHzkm）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項。 ：適用溫度代號及其意義。 A