FTTH光纖通信概論基礎(chǔ)知識

FTTH光纖通信概論基礎(chǔ)知識1.1.光纖通信概論1.1.1.光通信光通信，就是利用光波來載送信息，實現(xiàn)通信。光通信是自然界最原始、最普遍的一種通信手段，也是人與自然、人與社會、人與人交流的最基礎(chǔ)的手段之一。我們每天目視的一切，都是一種光通信過程，只不過是一種被動的接收性光通信過程。隨著信息交互的需要，發(fā)展出主動利用光傳遞信息的手段和技術(shù)，比如古代的烽火臺、現(xiàn)在用以指揮交通的紅綠燈等均可算是主動性光通信手段，但這種光通信僅限于大氣式視距通信，并且僅僅具備傳送圖像信息的功能。隨著近現(xiàn)代“信息”含義的內(nèi)伸和外延，信息通信除了圖像交互，還發(fā)展出了文本交互、音頻交互、視頻交互和數(shù)據(jù)交互等等方式，這些信息交互方式以“超視距、不可視”為特征，并且這些交互方式已經(jīng)復(fù)雜到不可能單純只利用光在空氣中的直線傳播特性來完成，光通信系統(tǒng)應(yīng)運而生。光通信系統(tǒng)具有如下模型：信源光信道系統(tǒng)信宿系統(tǒng)系統(tǒng)圖1-1光通信系統(tǒng)模型信源系統(tǒng)：信息的產(chǎn)生來源，是信息動態(tài)運行一個周期的起始環(huán)節(jié)?？梢允侨?、機(jī)器、自然界的物體等等。信宿系統(tǒng)：信宿系統(tǒng)是相對于信源系統(tǒng)而言的。信宿系統(tǒng)是信息動態(tài)運行一個周期的最終環(huán)節(jié)。其功能是接收情報信息，并選擇對自身有用的信息加以利用，直接或間接地為某一目的服務(wù)。光信道系統(tǒng)：以光波作為運輸載體和處理對象，以有效性和可靠性為目的，保證信源信息高效無誤地傳送至信宿的通路系統(tǒng)，是連接信源系統(tǒng)與信宿系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。1.1.2.光纖通信早在光纖通信之前，人們已經(jīng)在利用光進(jìn)行通信上的嘗試了。容易想象，利用光在空氣中直線傳播的特點，進(jìn)行大氣傳輸光通信，不需要任何線路，簡單、經(jīng)濟(jì)。1960年梅曼（T.H.Maiman）發(fā)明了紅寶石激光器，產(chǎn)生了單色相干光，使高速的光調(diào)制成為可能，美國林肯實驗室首先利用氦氖激光器通過大氣傳輸了一路彩色電視。隨后，相繼出現(xiàn)了各色各樣的大氣傳輸系統(tǒng)實驗。但后來發(fā)現(xiàn)大氣傳輸光通信有許多嚴(yán)重的問題：(1).氣候?qū)νㄐ诺挠绊懯謬?yán)重。大霧時，通信幾乎中斷。(2).由于大氣氣溫不均勻，使它的密度或折射率不均勻，以及大氣湍流的影響，使光線發(fā)生漂移和抖動。通信的信噪比變劣，傳輸不穩(wěn)定。(3).大氣傳輸設(shè)備要求架設(shè)在高處，收發(fā)兩地直線可見。這種地理條件使大氣傳輸光通信的使用范圍具有局限性。1966年，英籍華人高錕（C.K.Kao）和Hockham預(yù)見利用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）。同時期的其他實驗證明，編碼在光信號上的信息可以通過玻璃纖維波導(dǎo)傳輸。波導(dǎo)提供了一種可以傳導(dǎo)光信號的介質(zhì)，該介質(zhì)使光信號在其中傳輸一定的距離而不發(fā)生散射，即光能仍較集中。這就使信號在另一端被接受時仍有足夠的強(qiáng)度，因此傳輸?shù)男畔⒖梢酝ㄟ^解碼被讀取出來。這些早期的實驗證明了光信息通過光纖傳輸是可行的。1970年，康寧公司的Maurer等人根據(jù)高錕的理論首先制出衰減為20dB/km的光纖，光纖傳輸?shù)膶嵱萌〉弥卮笸黄?。之后，世界各發(fā)達(dá)國家紛紛開展光纖通信的研究，從此光纖傳輸開始了以最高的傳輸容量和最長的傳輸距離來傳輸信息的歷程，并且發(fā)展速度驚人。隨著技術(shù)難題的解決，光網(wǎng)絡(luò)傳輸容量和傳輸距離持續(xù)增長，同時，將一比特信息傳輸一公里所耗費的造價持續(xù)降低。基本上實現(xiàn)了運營商可以不考慮傳輸距離，而只對線路估價的目標(biāo)。光纖引入通信領(lǐng)域之后，隨著光纖傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)也一步步向著光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化。P發(fā)光二極管發(fā)射機(jī)接收機(jī)λ再生器多模光纖（a）P多縱模激光器1.31μm發(fā)射機(jī)接收機(jī)λ單模光纖（b）P

單縱模激光器1.55μm發(fā)射機(jī) 接收機(jī)λ（c）P單縱模激光器發(fā)射機(jī)λ1接收機(jī)λλ2λ1λ2λ3接收機(jī)發(fā)射機(jī)λ3光放大器發(fā)射機(jī)WDM復(fù)用器WDM解復(fù)用器接收機(jī)（d）1-2光纖傳輸系統(tǒng)的進(jìn)化（a）使用發(fā)光二級管和多模光纖的早期系統(tǒng)（b）使用多縱模激光器和單模光纖、工作波長波段、抑制模間色散的系統(tǒng)（c）工作波長為波段、低損耗、使用單縱模激光器抑制色散射的系統(tǒng)（d）工作波長為、使用光放大器代替再生器、多波長傳輸?shù)漠?dāng)代波分復(fù)用系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)左側(cè)的P-λ曲線表征發(fā)射信號的功率譜上圖簡要概括了光纖傳輸系統(tǒng)的進(jìn)化?？梢钥闯?，光纖傳輸系統(tǒng)的進(jìn)化依賴于發(fā)射機(jī)技術(shù)（光源）/接收機(jī)技術(shù)（光源檢測）、光纖技術(shù)和放大器技術(shù)的不斷突破。驅(qū)動光纖技術(shù)不斷突破的兩大源動力是對長距離和大容量孜孜不倦的追求。長距離要求光纖損耗小，不斷降低其固有損耗和附加損耗；大容量要求光纖具有很寬的帶寬，采用長波長的載波并抑制色散。目前使用的光纖絕大部分都是基于二氧化硅（SiO）材2質(zhì)的光纖，這種光纖在紅外波段有三個低損耗窗口，分別是、和。其中，窗口被稱為短波長窗口，和窗口被成為長波長窗口。高錕在其論文中指出：降低玻璃內(nèi)的過度金屬雜志粒子是降低光纖衰減的主要因素。根據(jù)這一理論的指引，在70年代初期，人們對原材料經(jīng)過嚴(yán)格提純以后，發(fā)現(xiàn)在波段內(nèi)石英光纖的損耗比較低。因此，70年代至80年代初期的光纖通信系統(tǒng)就使用這一波段。圖1-3光纖的損耗窗口之后通過對光纖損耗原因作進(jìn)一步分析，人們發(fā)現(xiàn)光纖材料中的水氣（主要是OH-）對光纖損耗影響很大，特別是在波長的地方有一個強(qiáng)烈的吸收峰。在改進(jìn)工藝，降低這個吸收峰以后，人們又發(fā)現(xiàn)在和這兩個波長處有比波段更低的損耗。波長的最低損耗可達(dá)以下，波長的最低損耗可達(dá)。后來由于激光器首先成熟并得到廣泛應(yīng)用，所以現(xiàn)在正在大量運營的光纖通信系統(tǒng)就工作在這一窗口。不過，由于波長的損耗最低，其損耗系數(shù)大約為波長區(qū)的一半，因此又稱波長區(qū)為石英光纖的最低損耗窗口，繼和波長之后，被稱之為第三窗口。1980年，在窗口，實用光纖衰減低至，已接近理論值。這樣，使得長距離的光纖通信成為可能。這一窗口對人們具有很大的吸引力，特別是近幾年光纖放大器的研制成功，使得這一窗口成為人們積極開發(fā)、應(yīng)用的熱點。要實現(xiàn)大容量的通信，就要求光纖具備很寬的帶寬。受歸一化頻率的制約，單模光纖具有最寬的帶寬，是最理想的傳輸介質(zhì)。但單模光纖的芯徑只有，工藝要求極高，在70年代初，難以做到，所以在當(dāng)時多采用芯徑較粗的多模光纖。光信號在多模光纖中傳輸時，遵循傳統(tǒng)的幾何光學(xué)模型，光信號中的每一條光線，都沿著不同的路徑在光纖中傳播，每一條不同的路徑相應(yīng)于一個傳輸模式。不同的路徑長度有所不同，因此與其他模式相比，每一個模式在光纖中傳播的速度也稍有不同。這樣，不同的模式到達(dá)光纖接收端時的時間也不同，造成光信號的展寬模糊，這種信號模糊通常被稱為色散，而由于上述情況引入的色散被稱為模間色散。隨著光纖制作工藝的改進(jìn)，波段的單模光纖研制成功，這樣在光纖中光能量只能以單一模式傳輸，有效消除了模間色散的影響，應(yīng)用于通信系統(tǒng)后，使得傳輸?shù)谋忍芈屎蛡鬏斁嚯x都大幅增加。但伴隨更低損耗的1.55波段單模光纖的研制和使用，另一個限制因素——色散射，逐漸成為影響系統(tǒng)性能的主要限制因素。與模間色散相似但不同的是，色散射是由于玻璃材質(zhì)的不均勻性（如折射率不均勻、參雜離子濃度不均勻等），引起光脈沖中不同的頻率分量以不同的速度傳播，最終造成和模間色散一樣的信號展寬現(xiàn)象，使得光信號變模糊，而且，光脈沖的譜越寬，由色散引發(fā)的信號模糊程度越大。對于標(biāo)準(zhǔn)的基于二氧化硅的光學(xué)纖維而言，在波段幾乎沒有色散射，但在波段色散射則較大。為克服這種難題，色散位移光纖發(fā)展了起來。終于在80年代中期，經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計，在波長窗口色散為零的色散位移光纖研制成功。這樣采用單模光纖進(jìn)行超大容量光纖通信也成為了可能。解決了光纖低損耗和零色散的問題，使長距離、超大容量的光纖通信變成了現(xiàn)實。1.1.3.光纖通信的特點與電纜和微波通信相比，光纖通信具有無與倫比的優(yōu)越性。(1).通信容量大光纖通信是以光纖為傳輸媒介，光波為載波的通信方式，其載波—光波—具有很高的頻率(約)，因此光纖具有很大的通信容量。(2).傳輸距離長光纖具有極低的傳輸衰耗系數(shù)，若配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送設(shè)備和光接收設(shè)備，可使其中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上。這是傳統(tǒng)的電纜、微波等根本無法與之比擬的。(3).保密性能好光波在光纖中傳輸時只在其芯區(qū)進(jìn)行，基本上沒有光泄露出去，因此其保密性能極好。(4).適應(yīng)能力強(qiáng)光纖基材為玻璃，無金屬輔件的光纜可以在強(qiáng)電場環(huán)境下工作，不受電磁場干擾，可用于電力網(wǎng)或變電所內(nèi)做通信控制線路；光纖的抗腐蝕能力很強(qiáng)，可以在具有有害氣體環(huán)境下工作，如化工廠等；光纖還具有優(yōu)良的抗核輻射能力。(5).體積小、重量輕、便于施工維護(hù)光纜的敷設(shè)方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設(shè)，又可以水底敷設(shè)和架空。(6).原材料來源豐富，價格低廉制造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅既石英砂，在大自然中幾乎是取之不盡、用之不竭，規(guī)模生產(chǎn)后價格低廉，并且替代了銅纜以后，節(jié)省了有色金屬資源，的光纜線路可以節(jié)省銅150噸、鉛500噸。但光纖也具有其固有的缺點：(1).質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度差因此光纖外圍需要大量的輔材以彌補(bǔ)這一缺點，同時提高了施工工藝要求。(2).光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)對光纖的斷續(xù)操作其實是對纖芯的一項精細(xì)化操作，已經(jīng)超出了人的手眼可以直接操作的范疇，必須借助一定的工具和設(shè)備，采用特殊的操作手段。(3).分路、耦合不靈活光纖的分路、耦合涉及到對光纖的熔融操作，且需要精密的儀器控制操作參數(shù)以保障分路、耦合后光纖的技術(shù)參數(shù)，非工廠環(huán)境下難以實施。此外，由于光纖本身的物理特性，需要對光纖的分路、耦合設(shè)計額外的接口單元。(4).光纖光纜的彎曲半徑不能過小光在纖芯中是以全反射的方式進(jìn)行傳播，光纖光纜彎曲半徑過小將破環(huán)全反射條件，使得光能量泄露，造成光信號大幅衰減甚至通信中斷。1.2.光纖及光纜基礎(chǔ)知識1.2.1.光纖的概念光纖是光導(dǎo)纖維（OpticalFiber）的簡稱。它是由玻璃、塑料和晶體等對某個波長范圍透明的材料制成的，能傳輸光的纖維，是一種介質(zhì)光波導(dǎo)，具有把光封閉在其中進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。光纖主要由纖芯、包層和涂敷層三部分組成，如圖1-4所示。圖1-4光纖構(gòu)造示意圖纖芯的作用是傳導(dǎo)光波。包層的作用是將光波封閉在光纖中傳播。纖芯和包層均由石英材料構(gòu)成，只不過是為了形成光波導(dǎo)效應(yīng)，必須使纖芯折射率高于包層折射率（即），因而兩者石英材料的摻雜情況不同。涂敷層的作用是保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械的擦傷，同時增加光纖的柔韌性，它一般采用環(huán)氧樹脂或硅橡膠。在涂敷層外，有時為了增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度，滿足成纜要求，在涂覆層外面還加有塑料外套。目前主流應(yīng)用的光纖有兩種尺寸規(guī)格，一種是芯線標(biāo)稱直徑規(guī)格為（纖芯直徑/包層直徑，下同）或的多模光纖，一種是芯線標(biāo)稱直徑規(guī)格為的單模光纖。如圖1-5所示。圖1-5單模光纖、多模光纖標(biāo)稱規(guī)格1.2.2.光纖導(dǎo)光原理-幾何光學(xué)理論光波與通信用的無線電波一樣也是一種電磁波。不同的只是它的波長比無線電波的波長短很多，或者說它的頻率比無線電波高很多，達(dá)到1013～1014Hz。圖1-6中顯示出了光波在電磁波譜圖中的位置。人們所能直接看到的光波，僅僅是波長從起到這一小段的光波，我們稱之為可見光?？梢姽獍t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色，這七種顏色的光波混合在一起就成為白光。圖1-6電磁波波譜圖比紅光波長（）更長的光波，叫紅外光；比紫光波長（）更短的光波，叫紫外光。人們把紫外光、紅外光和可見光都?xì)w入到光波的范圍。當(dāng)今用作通信傳輸?shù)慕橘|(zhì)—石英光纖的低衰減“窗口”為的波段范圍，就坐落在可見的紅光波段和不可見的近紅外光波段。光波與其他波長的電磁波一樣，在真空中的傳播速度為。光波在均勻介質(zhì)中是直線傳播的，在介質(zhì)中的傳播速度與其介質(zhì)中的光折射率成反比，即式中，為介質(zhì)的光折射率；代表光速（）。光波的波長（）、頻率（）和波速（）之間的關(guān)系為當(dāng)所使用的光纖的纖芯半徑遠(yuǎn)大于傳輸光波長時（如多模光纖，其纖芯半徑為，工作波長約為），可用幾何光學(xué)理論對光在光纖中的傳播原理進(jìn)行解釋，而當(dāng)所使用的光纖的纖芯半徑接近傳輸光波長時（如單模光纖，其纖芯半徑為，工作波長約為），則需用波動光學(xué)理論進(jìn)行解釋。下面將通過幾何光學(xué)理論，對光在光纖中的傳播原理進(jìn)行簡單說明。在幾何光學(xué)理論中，傳輸?shù)墓庑盘柋豢醋魇怯性S多條光線所組成，在一種材料（或介質(zhì)）中以直線傳播，并在兩種介質(zhì)的交界處發(fā)生反射和折射，圖1-7（a）給出了纖芯（折射率為）和包層（折射率為）的模擬界面。一束光從纖芯射向纖芯和包層的界面，部分能量被以反射光的形式反射回纖芯，在忽略吸收的情況下，其余的能量以折射光形式傳入包層。入射角是入射光線和兩種介質(zhì)界面的法線之間夾角，用表示。反射角是反射光線和法線之間的夾角，用表示。折射角是折射光線和法線之間的夾角，用表示。根據(jù)幾何光學(xué)原理：反射定律：折射定律（斯涅爾定律）：（a）光的反射、折射（入射角<臨界角）（b）光的折射（入射角=臨界角）（c）光的全反射（入射角>臨界角）圖1-7幾何光學(xué)原理當(dāng)入射角增大時，折射角也隨著增大。如果，當(dāng)時，達(dá)到臨界點，如圖1-7（b）。隨著繼續(xù)增大，折射光線消失，所有的入射光能量都被反射回纖芯。這種現(xiàn)象稱之為全反射。達(dá)到全反射現(xiàn)象時的最小的入射角被稱之為臨界角，如圖1-7（c）。因此，根據(jù)幾何光學(xué)理論，光信號是靠著光束在纖芯和包層界面的一系列全反射在光纖中向前傳播的，如圖1-8所示。圖1-8光信號在光纖中的傳播必須指出的是，根據(jù)，只有當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)射入折射率小的介質(zhì)時，即時，才能產(chǎn)生全反射。例如，當(dāng)光從玻璃射入空氣時能產(chǎn)生全反射；而當(dāng)光從折射率小的空氣射入折射率大的玻璃時，就不可能產(chǎn)生全反射。1.2.3.光纖類型(1).按其本身材料分類石英系光纖纖芯和包層均是由高純度的二氧化硅（SiO）摻有適當(dāng)2的雜質(zhì)（如BO、PO、GeO、AeO等氧化物）制成。特點是23 25 2 23損耗低、強(qiáng)度大、可靠性好、但價格較高，目前應(yīng)用最為廣泛。石英芯塑料層光纖纖芯采用石英制成，包層采用硅樹脂。特性同石英系光纖，但價格較低。多成分玻璃光纖一般采用SiO、NaO、CaO等多組玻璃材料制成。其特2 2點是損耗較低，但可靠性也較差。塑料光纖纖芯和包層都由高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)塑料）制成。具有重量輕（為石英光纖的），韌性好（直徑為仍可自由彎曲不斷裂，而同樣粗的石英光纖已成為玻璃棒），工藝簡單，成本低等優(yōu)點，但損耗較大、可靠性較差。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸紅外光纖紅外光纖是利用紅外材料制成的光纖。具有極低的理論損耗極限，適用于長距離通信。但目前由于工藝和技術(shù)上的原因，損耗還相當(dāng)大（每公里幾十至幾百分貝），正在進(jìn)一步研究之中。(2).按光纖橫截面上折射率分布狀況分類階躍型光纖漸變型光纖W型光纖圖1-9典型的光纖截面和相應(yīng)的折射率分布圖(3).按光纖內(nèi)部允許激勵的電磁場總模數(shù)分類多模光纖單模光纖圖1-10多模光纖和單模光纖(4).按使用波長分類短波長光纖：波長為的光纖。長波長光纖：波長為的光纖。超長波長光纖：波長為的光纖。(5).按特殊用途分類特殊用途的光纖亦稱為特種光纖，是指適用于某些特殊場合的光纖。如：保偏（單偏振）光纖有源光纖雙包層或多包層光纖增敏光纖特殊涂層光纖耐輻射光纖發(fā)光光纖(6).按ITU-T或IEC文號分類G.651多模光纖G.652零色散點在波長左右的單模光纖G.653零色散點在波長左右的單模光纖G.654截止波長位移單模光纖G.655非零色散位移單模光纖G.656寬帶光傳送的非零色散光纖G.657接入網(wǎng)用彎曲衰減不敏感單模光纖1.2.4.光纖性能指標(biāo)光纖的特性參數(shù)主要有：(1).數(shù)值孔徑（NumericalAperture；）在階躍型光纖中，把受光角一半（即光線在光纖端面的最大入射角）的正弦值定義為光纖的數(shù)值孔徑（簡稱NA）。即：光纖的數(shù)值孔徑反映了光纖接受光能力的強(qiáng)弱。越大，即越大，光纖接受光的能力越強(qiáng)。但太大時，光纖的?；兗哟?，影響光纖的帶寬。對于通信光纖，一般為（0.18～0.24）±0.02。(2).歸一化截至頻率（）和截止波長（）歸一化頻率是光纖最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它能表征光纖中傳播模式的數(shù)量。光纖中傳播的各模式均有其自身的歸一化截止頻率。它描述了各個模式的截止條件。對應(yīng)歸一化截止頻率的波長稱為截止波長。某一模式在光纖中導(dǎo)行、截止和臨界的條件分別為：導(dǎo)行條件：截止條件：臨界條件：當(dāng)光纖的歸一化頻率滿足時，光纖中只能傳輸HE模，11其它模都被截止，這種情況被稱為光纖的單模傳輸。(3).模場直徑（ModeFieldDiameter；MFD）模場直徑，用來表征在單模光纖的纖芯區(qū)域基模光的分布狀態(tài)?；Ｔ诶w芯區(qū)域軸心線處光強(qiáng)最大，并隨著偏離軸心線的距離增大而逐漸減弱。一般將模場直徑定義為光強(qiáng)降低到軸心線處最大光強(qiáng)的的各點中兩點最大距離。模場直徑的大小與所使用的波長有關(guān)系，隨著波長的增加模場直徑增大。典型值：，典型值：。模場直徑一般越小越好，有利于增加光纖的抗彎性能，但減小模場直徑必然增加相對折射率差，這會增加光纖的色散。故在選取模場直徑時要全面權(quán)衡。光纖的傳輸參數(shù)主要有：(1).損耗損耗（loss）是衡量光纖性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。它決定了光纖通信系統(tǒng)所能達(dá)到的最大無中繼距離。光纖損耗定義為單位長度光纖光功率衰減的分貝數(shù)，即：式中：分別為輸入和輸出光纖的有效功率。通過對光纖損耗的來源進(jìn)行研究，可歸納如下：吸收損耗

本征吸收損耗雜質(zhì)吸收損耗原子缺陷吸收損耗

紫外本征吸收紅外本征吸收氫氧根離子吸收過渡金屬離子吸收固有損耗光纖損耗

附加損耗

散射損耗彎曲損耗接續(xù)損耗耦合損耗

線性散射損耗非線性散射損耗

瑞利散射損耗結(jié)構(gòu)不完善散射損耗受激喇曼散射受激布里淵散射圖1-11光纖損耗來源吸收損耗吸收損耗是指由于組成光纖的材料及其中的雜質(zhì)對光波的吸收，使一部分光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹?，從而造成光功率的損失。本征吸收損耗本征吸收損耗是指光纖材料在不含有雜質(zhì)的情況下自身的固有吸收。根據(jù)吸收機(jī)理可分為紫外本征吸收和紅外本征吸收兩種。雜質(zhì)吸收損耗雜質(zhì)吸收是由于光纖中的雜質(zhì)對光的吸收作用而造成的附加吸收損耗。這里的雜質(zhì)并非指光纖中的摻雜物，而是指由于材料不純或工藝不完善而引入的雜質(zhì)。雜質(zhì)吸收損耗中，影響最為嚴(yán)重的有兩種雜質(zhì)：過渡金屬離子：鐵、鉻、鈷、銅等，雜質(zhì)含量的濃度越大，損耗越大。氫氧根離子：當(dāng)熔融的石英玻璃中含有水份時，由于水分子中氫氧根離子的振動而造成吸收損耗。原子缺陷吸收損耗原子缺陷吸收損耗是指玻璃材料受到某種激勵（熱激勵或強(qiáng)輻射激勵）時所感生的一種損耗。原子缺陷吸收損耗可高達(dá)幾百甚至幾萬。散射損耗散射損耗是指由于遠(yuǎn)小于波長的不均勻性（如折射率不均勻、摻雜離子濃度不均勻等）引起光的散射而造成的損耗。瑞利散射損耗瑞利（Rayleigh）散射損耗是指在制造光纖過程中，由于局部濃度微觀漂移而引起的一種損耗。即在制造石英玻璃光纖的過程中，因為冷卻條件不均勻而出現(xiàn)分子級大小的密度不均勻，使得折射率不均勻而引起的散射。b)結(jié)構(gòu)不完善散射損耗結(jié)構(gòu)不完善散射損耗有的資料上也稱為波導(dǎo)散射損耗，是指在光纖制造過程中，由于光纖存在缺陷而引起的損耗。如氣泡、粗細(xì)不均勻、纖芯與包層交界面粗糙等。當(dāng)光線傳輸遇到這些缺陷時，就會產(chǎn)生光的散射，引起損耗。彎曲損耗彎曲損耗是指光纖彎曲的曲率半徑小到一定程度時，纖芯中傳輸?shù)墓馍渚€不再滿足全反射條件，使光線由纖芯折射到包層，即光功率由傳輸模轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠６鸬膿p耗。彎曲損耗依模式不同分為宏彎(Macrobending)損耗和微彎(Microbending)損耗兩種。宏彎損耗：光纖的曲率半徑比光纖直徑大的多的彎曲(宏彎)引起的附加損耗，主要原因有：路由轉(zhuǎn)彎和敷設(shè)中的彎曲；光纖光纜的各種預(yù)留造成的彎曲(預(yù)留圈、各種拿彎、自然彎曲)；接頭盒中光纖的盤留、機(jī)房及設(shè)備內(nèi)尾纖的盤繞等。微彎損耗：光纖軸產(chǎn)生μm級的彎曲(微彎)引起的附加損耗，主要原因有：光纖成纜時，支承表面微小的不規(guī)則引起各部分應(yīng)力不均勻而形成的隨機(jī)性微彎；纖芯與包層的分界面不光滑形成的微彎；光纜敷設(shè)時，各處張力不均勻而形成的微彎；光纖受到的側(cè)壓力不均勻而形成的微彎；光纖遇到溫度變化，因熱脹冷縮形成的微彎。接續(xù)損耗接續(xù)損耗又稱為連接損耗，是指兩根光纖連接時由于發(fā)生空間錯位而產(chǎn)生的損耗。耦合損耗耦合損耗是指光源和光探測器與光纖之間耦合時產(chǎn)生的損耗。光纖在使用過程中，其固有損耗由于源自光纖本身，因此損耗值相對固定，但其附加損耗由于受到人為操作和環(huán)境變化因素影響較大，因此損耗值波動范圍較大。實際使用中，附加損耗往往決定了整條光纖鏈路的品質(zhì)，因此，必須嚴(yán)格按規(guī)范操作光纖光纜，將附加損耗降至最低。(2).色散光纖的色散（dispersion）是指由于光纖中傳輸?shù)男盘柺怯刹煌Ｊ交虿煌l率攜帶的，它們在傳輸過程中速度不同，從而引起波形失真的一種物理現(xiàn)象。光纖的色散通常用時延差來表示。色散越嚴(yán)重，時延差越大，脈沖展寬就越大。光纖的色散主要由三種組成：模式色散：是指在光纖中由于各模式的軸向速度不同（即傳播路徑不同），使得到達(dá)終點的時間也不相同，而引起的脈沖展寬。材料色散：是指由于構(gòu)成光纖的材料的折射率隨傳輸光波的頻率變化，導(dǎo)致模內(nèi)不同頻率信號的傳輸速度不同而引起的色散。波導(dǎo)色散：是指由光纖的幾何結(jié)構(gòu)所引起的色散。其產(chǎn)生原因是由于光纖的纖芯與包層折射率相差很小，光線在其交界面上產(chǎn)生全反射時，有可能一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)傳輸。這部分光在傳輸一定距離后，又有可能返回纖芯中傳播。由于包層折射率小于纖芯折射率，導(dǎo)致模內(nèi)各信號傳輸速度不同，從而產(chǎn)生色散。一般來講，入射光的波長越長，進(jìn)入包層的光強(qiáng)比例就越大，引起的色散也就越大。三種色散數(shù)值大小不同，一般是模式色散最大，材料色散次之，波導(dǎo)色散最小。對于階躍型光纖，模式色散占主導(dǎo)地位，其次是材料色散，波導(dǎo)色散可忽略不計。對于漸變型光纖，模式色散和波導(dǎo)色散均可忽略，主要考慮材料色散。對于理想單模光纖，無模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散。在短波長區(qū)（如），材料色散占主導(dǎo)地位，波導(dǎo)色散可忽略不計。在長波長區(qū)，波導(dǎo)色散不可忽略。在處，材料色散和波導(dǎo)色散彼此抵消，出現(xiàn)無色散傳輸?shù)牧闵⒉ㄩL點。故常規(guī)單模光纖在工作窗口的色散非常小。在光纖中，通常所說的色散為模式色散、波導(dǎo)色散和材料色散三者之和，它一般可由下式求得：式中：分別為模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。(3).傳輸帶寬傳輸帶寬是光纖的重要參數(shù)，它與色散有著直接關(guān)系。經(jīng)理論推導(dǎo)，它們的關(guān)系為：式中：為高斯形光脈沖的每公里帶寬；為光脈沖傳播的時延差，單位為。一般光纖總帶寬計算的經(jīng)驗公式為：式中：為光纖長度（）；為光纖每公里帶寬；為帶寬距離指數(shù)，對于多模光纖取值在之間，一般取0.7，對于單模光纖，由于只傳輸一個模，故取1。當(dāng)前運用的單模石英光纖，如G.652C，G.652D，已經(jīng)基本消除氫損，它們的傳輸帶寬，可以從到，共有寬度。一般把這寬度劃分成O、E、S、C、L、U六個波段，具體劃分方法如表1-1：表1-1光纖傳輸用波段劃分波段波長范圍初始(O)波段擴(kuò)展(E)波段短(S)波段常規(guī)(C)波段長(L)波段超常(U)波段1.2.5.主流應(yīng)用光纖性能指標(biāo)G．652光纖G.652光纖稱為色散移位光纖，又稱為波長性能最佳的單模光纖，是目前廣泛應(yīng)用的常規(guī)單模光纖。G.652光纖適用于和窗口工作。在波長工作時，理論色散值為零；在波長工作時，傳輸損耗最小，但色散系數(shù)較大。表1-2G.652光纖的主要參數(shù)（2009年第八版）光纖屬性值特性 詳情波長模場直徑標(biāo)稱值范圍容差標(biāo)稱值包層直徑容差核殼同心度 最大值誤差包層不圓最大值度光纜截止最大值波長半徑圈數(shù)在區(qū)域的最大宏彎損耗值在區(qū)域的最大值表面應(yīng)力 最小值色散系數(shù)光纜屬性在區(qū)域的最大值衰減系數(shù)在區(qū)域的最大值在PMD系數(shù)

區(qū)域的最大值在區(qū)域的最大值在區(qū)域的最大值MQ最大PMD

根光纜QG．657光纖G.657光纖稱為接入網(wǎng)使用的彎曲損耗不敏感的單模光纖，主要是為了滿足接入網(wǎng)和用戶網(wǎng)線路的需要于近年來開發(fā)應(yīng)用的。根據(jù)G.657標(biāo)準(zhǔn)，光纖的彎曲半徑可達(dá)，因此符合G.657標(biāo)準(zhǔn)的光纖可以像銅纜一樣，沿著建筑物內(nèi)很小的拐角進(jìn)行安裝操作，非專業(yè)的技術(shù)人員也可以掌握施工方法，降低了FTTx網(wǎng)絡(luò)布線的成本。除此以外，實際施工中光纖的彎曲半徑一般會大于該類光纖的最小彎曲半徑，當(dāng)光纖發(fā)生一定程度的老化時，信號仍然可以正常傳送。因此，G.657標(biāo)準(zhǔn)的光纖提高了光纖的抗老化能力，降低了FTTx的維護(hù)成本。2009年10月ITU-TSG15對G.657光纖的分類建議有了新的規(guī)定：按與G.652D是否兼容和彎曲等級2個原則將G.657劃分為G.657A1、G.657A2、G.657B2和G.657B34個字類，如表1-2所示。G.657光纖的主要性能參數(shù)見表1-3。表1-3ITU-TG.657建議的分類彎曲等級 與G.652D兼容 與G.652D不兼容彎曲等級Ⅰ最小彎曲半徑彎曲等級Ⅱ最小彎曲半徑彎曲等級Ⅲ最小彎曲半徑表1-4G.657光纖的主要參數(shù)（2009年第二版）光纖屬性值特性 詳情模場直徑 波長標(biāo)稱值范圍容差標(biāo)稱值包層直徑容差纖芯同心度 最大值誤差包層不圓最大值度光纜截止最大值波長半徑（）纏繞圈數(shù)微彎損耗最大值（），在最大值（），在篩選應(yīng)力 最小值色散系數(shù)光纜屬性衰減系數(shù) 最大值，在最大值，最大值，在最大值，在最大值，在M 段光纜PMD系數(shù) Q最大PMDQ由表1-4可以看出，G.657A1和G.657A2類光纖使用與O、E、S、C和L波段（），滿足G.652D類光纖的全部傳輸特性，并在宏彎損耗參數(shù)上優(yōu)于B1.3類光纖，應(yīng)用于入戶布線場景時可與現(xiàn)網(wǎng)存在的大量G.652D類光纖實現(xiàn)完全平滑對接，目前使用的蝶形引入光纜應(yīng)用的就是G.657A2類光纖。G.657A1的最小彎曲半徑推薦為，G.657A2的最小彎曲半徑推薦為。G.652B2和G.652B3類光纖適用于室內(nèi)短距離的通信傳輸，工作波長在和。不要求與G.652D光纖兼容，允許更小的模場直徑、更大的衰減系數(shù)以及特殊的光纖結(jié)構(gòu)等。G.652B2的最小彎曲半徑推薦為，G.657B3的最小彎曲半徑推薦為。1.2.6.光纜結(jié)構(gòu)及其特點與使用場合單獨的成品光纖，都是經(jīng)過了一次涂覆或者二次涂覆（套塑）以后的光纖，雖然它已具有一定抗拉強(qiáng)度，但還是經(jīng)不起實用場合的彎折、扭曲和側(cè)壓力的作用。為此欲使成品光纖能達(dá)到通信工程的實用要求，必須像通信用的各種銅線電纜那樣，借用傳統(tǒng)的絞合、套塑，金屬帶鎧裝等成纜工藝，并在纜芯中放置強(qiáng)度元件材料，組成為因使用環(huán)境不同的多品種光纜，使之能適應(yīng)工程要求的敷設(shè)條件，承受實用條件下的抗拉、抗沖擊、抗彎、抗扭曲等機(jī)械性能，以保證光纖原有的好的傳輸性能不變。光纜結(jié)構(gòu)分為纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三大部分。纜芯是光纜結(jié)構(gòu)的主體，它的作用主要是妥善安置光纖，使光纖在各種外力影響下仍能保持優(yōu)良的傳輸性能。纜芯結(jié)構(gòu)可分為層絞式、骨架式、帶式、束管式4種。(1).層絞式層絞式主線一般采用中心加強(qiáng)件來承受張力，光纖環(huán)繞在中心加強(qiáng)件周圍，并以一定節(jié)距絞合成纜。該結(jié)構(gòu)中光纖可采用緊套或松套兩種套塑方式。緊套光纖性能穩(wěn)定，外徑較小，但對側(cè)壓力比較敏感。松套光纖外徑較大，但溫度性能、抗壓性能較好，故應(yīng)用較廣。松套光纖的套塑層內(nèi)可放入一根或多根一次涂敷的光纖。當(dāng)光纖數(shù)較多時，可先用這種結(jié)構(gòu)制成光纖單元，再把這些單元絞合成纜，制成高密度的多芯光纜。(2).骨架式骨架式光纜是在中心加強(qiáng)件外面制一個帶螺旋槽的聚乙烯骨架，一次涂敷的光纖置于骨架的槽內(nèi)，使光纖受到很好的保護(hù)。(3).帶式帶式光纜是先將一定數(shù)目的光纖排列成行制成光纖帶，然后把若干條光纖帶按一定的方式排列扭絞成纜，是一種高密度結(jié)構(gòu)的光纜。(4).束管式束管式光纜是一種新型的光纜結(jié)構(gòu)，它的特點是中心無加強(qiáng)元件，纜芯都為一充油管，一次涂敷的光纖浮在油膏中，加強(qiáng)件在管的外面，既能做加強(qiáng)用，又可作為機(jī)械保護(hù)護(hù)層。束管式光纜由于中心無任何導(dǎo)帶，所以可以解決與金屬護(hù)層之間的耐壓問題和電磁脈沖的影響問題。這種結(jié)構(gòu)的光纜因為無中心加強(qiáng)件，所以纜芯可以做得很細(xì)，減小了光纜的外徑，減輕了重量，降低了成本，而且抗彎曲性能和縱向密封性能較好，制造工藝也較簡單。加強(qiáng)元件光纜必須設(shè)置加強(qiáng)元件以承受機(jī)械拉伸負(fù)荷，這是光纜結(jié)構(gòu)與電纜結(jié)構(gòu)的主要不同點。加強(qiáng)元件有兩種設(shè)置方式，一種是放在纜芯中心的中心加強(qiáng)方式，常用于層絞式和骨架式，另一種是放在護(hù)層中的外層加強(qiáng)方式，常用于帶式和束管式。加強(qiáng)元件一般采用圓形鋼絲、扇形鋼絲、鋼絞線或鋼管等。在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境和雷區(qū)中可使用高強(qiáng)度的非金屬材料玻璃絲和芳綸纖維等。護(hù)層位于纜芯外圍，是由護(hù)套等構(gòu)成的多層組合體。護(hù)層結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)敷設(shè)條件選定，敷設(shè)方式主要有管道、直埋、架空、水底（或海底）等幾種。管道光纜的護(hù)層要求具有較高的抗拉、抗側(cè)壓、抗彎曲的能力。直埋光纜的護(hù)層要考慮地面的震動和蟲咬等，要加鎧裝層。架空光纜的護(hù)層要考慮環(huán)境的影響，在森林地帶使用時，還要加防彈層。水底光纜的護(hù)層所加裝的鎧裝層，則要求具有更高的抗拉強(qiáng)度和更高的抗水壓能力。一般來說護(hù)層分為填充層、內(nèi)護(hù)層、防水層、緩沖層、鎧裝層和外護(hù)層等。填充層是由聚氯乙烯（PVC）等組成的填充物，起固定各單元位置的作用。內(nèi)護(hù)層是置于纜芯外的一層聚酯薄膜，一方面將纜芯扎成一整體，另一方面也可起隔熱和緩沖的作用。防水層在一般的光纜中由雙面涂塑的鋁帶（PAP）或鋼帶（PSP）在纜芯外縱包粘結(jié)構(gòu)成，在海底光纜中由全密封的鋁管（含氬弧焊鋁管）或鉛管構(gòu)成。緩沖層用于保護(hù)纜芯受徑向壓力，一般采用尼龍帶沿軸向螺旋式繞包方塑鋼帶、不銹鋼帶、皺紋鋼帶、單層鋼絲、雙層鋼絲等不同種類，也有采用尼龍鎧裝的。外護(hù)層是利用擠塑的方法將聚氯乙烯或聚乙烯等塑料擠在光纜外面。光纜還必須有防止潮氣浸入光纜內(nèi)部的措施，一種是在纜芯內(nèi)填充油膏，稱為充油光纜；另一種是采用主動充氣方式，稱為充氣光纜。充油光纜具有防潮性能好、投資省、維護(hù)工作量小的優(yōu)點。充氣具有早期漏氣告警，能在傳輸特性惡化之前及時排除故障等優(yōu)點，但充氣設(shè)備費用較高，光纜直徑細(xì)、氣阻大、不易成氣流通路，故世界上較多采用充油光纜。表1-5樣式

FTTH建設(shè)中適用的纜型結(jié)構(gòu)及規(guī)格名稱 規(guī)格層絞式光纖束光纜

2/4/6/12/24/48芯中心束管式144/96/72芯帶狀光纜層絞式288/216芯帶狀光纜室內(nèi)蝶形1-2芯引入光纜自承式蝶形1-2芯引入光纜護(hù)套阻水帶加強(qiáng)件普通蝶形光纜(1-2芯)

護(hù)套管道蝶形 阻水帶1-2芯引入光纜 加強(qiáng)件1.2.7.FTTH建設(shè)關(guān)鍵器件FTTH建設(shè)的本質(zhì)是對光纖光纜的操作，與之相搭配形成ODN網(wǎng)絡(luò)的器件與以往銅質(zhì)線纜的網(wǎng)絡(luò)器件完全不同。本節(jié)將對這些器件做簡單的介紹。光分路器光分路器是目前FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的核心，正是由于它的出現(xiàn)，替代了直接面向用戶的大量底層有源匯聚節(jié)點，使得無源光網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實。光分路器是光纖鏈路中最重要的無源器件之一，是具有多個輸入端和多個輸出端的光纖匯接器件，它實現(xiàn)了光信號的耦合、分支和分配，常用來表示一個分路器有個輸入端和個輸出端。目前FTTH建設(shè)中使用的光分路器主要有六種規(guī)格，正在進(jìn)行探索應(yīng)用的還有規(guī)格，同時還有少量規(guī)格的實際應(yīng)用。圖1-12光分路器成品光分路器按原理可以分為熔融拉錐型和平面波導(dǎo)型兩種（見圖1-13），熔融拉錐型產(chǎn)品是將兩根或多根光纖進(jìn)行側(cè)面熔接而成；平面波導(dǎo)型是微光學(xué)元件型產(chǎn)品，采用光刻技術(shù)，在介質(zhì)或半導(dǎo)體基板上形成光波導(dǎo)，實現(xiàn)分支分配功能。這兩種型式的分光原理類似，它們通過改變光纖間的消逝場相互耦合（耦合度，耦合長度）以及改變光纖纖半徑來實現(xiàn)不同大小分支量，反之也可以將多路光信號合為一路信號叫做合成器。（a）熔融拉錐型（FBT）（b）平面波導(dǎo)型（PLC）圖1-13光分路器類型表1-6熔融拉錐型和平面波導(dǎo)型光分路器比較序號主要參數(shù)熔融拉錐型（FBT）平面波導(dǎo)型（PLC）1工作波長2功率分配比可變、不等分均分例3外形尺寸多通道體積大小4波長敏感度高低5插損及均勻差好性6價格低分路價格低,低分路價格高,高分路價格高高分路價格低衡量光分路器性能常參考如下4個技術(shù)指標(biāo)：(1).插入損耗光分路器的插入損耗是指每一路輸出的光功率相對于輸入光功率損失的數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（2.10）其中：是指第個輸出口的插入損耗；是第個輸出端口的光功率；是輸入端的光功率值。(2).附加損耗附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于輸入光功率損失的數(shù)。附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過程的固有損耗，這個損耗越小越好，是制作質(zhì)量優(yōu)劣的考核指標(biāo)。而插入損耗則僅表示各個輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響。因此不同的光纖耦合器之間，插入損耗的差異并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣。(3).分光比分光比定義為光分路器各輸出端口的輸出功率比值。(4).隔離度隔離度是指光分路器的某一光路對其他光路中的光信號的隔離能力。在以上各指標(biāo)中，隔離度對于光分路器的意義更為重大，在實際系統(tǒng)應(yīng)用中往往需要隔離度達(dá)到40dB以上的器件，否則將影響整個系統(tǒng)的性能。FTTH實際建設(shè)中，光分路器并不被直接使用安裝，而是將光分路器放置或封裝在特制的固定接口模塊中，為其提供穩(wěn)定的外環(huán)境，提升光分路器的生存能力和環(huán)境適應(yīng)能力。例如圖1-14所示。圖1-14光分路器接口模塊（插片式光分路器）光纖活動連接器光纖活動連接器是光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸（活動）連接的器件，它是把光纖的兩個端面精密對接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小，這是光纖連接器的基本要求。在一定程度上，光纖連接器也影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項性能。光纖活動連接器是光系統(tǒng)中使用量最大的光無源器件。對連接器的要求主要是插入損耗小，反射損耗高，重復(fù)插拔性好，環(huán)境穩(wěn)定和機(jī)械性能好等。由于光纖活動連接器也是一種損耗性產(chǎn)品，所以還要求其價格低廉。其典型應(yīng)用包括通信、局域網(wǎng)（LAN）、光纖到戶（FTTH）、高質(zhì)量視頻傳輸、光纖傳感、測試儀器儀表、CATV等。光纖活動連接器按傳輸媒介的不同可分為常見的硅基光纖的單模、多模連接器，還有其它如以塑膠等為傳輸媒介的光纖連接器；按連接頭結(jié)構(gòu)形式可分為：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等各種形式。按光纖端面形狀分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC；按光纖芯數(shù)劃分還有單芯和多芯（如MT-RJ）之分。(1).FC型光纖活動連接器這種連接器最早是由日本NTT研制。FC是FerruleConnector的縮寫，表明其外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，F(xiàn)C類型的連接器，采用的陶瓷插針的對接端面是平面接觸方式（FC）。此類連接器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來，對該類型連接器做了改進(jìn)，采用對接端面呈球面的插針（PC），而外部結(jié)構(gòu)沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。圖1-15FC型光纖活動連接器(2).SC型光纖活動連接器這是一種由日本NTT公司開發(fā)的光纖連接器。其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同。其中插針的端面多采用PC或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。此類連接器價格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高，常用于數(shù)據(jù)工程中使用。一般SC型均指SC/PC。圖1-16SC型光纖活動連接器(3).LC型活動連接器LC型連接器是著名Bell（貝爾）研究所研究開發(fā)出來的，采用操作方便的模塊化插孔（RJ）閂鎖機(jī)理制成。其所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，為1.25mm。這樣可以提高光纖配線架中光纖連接器的密度。目前，LC類型的活動連接器已開始大量應(yīng)用于高密度光纜配線架和光分路箱中。圖1-17LC型光纖活動連接器(4).現(xiàn)場組裝光纖活動連接器現(xiàn)場組裝光纖活動連接器（簡稱光纖現(xiàn)場連接器）是一種在施工現(xiàn)場直接成端，采用機(jī)械接續(xù)或熱溶解方式，不采用現(xiàn)場研磨成端的光纖活動連接器（接頭）。光纖現(xiàn)場連接器可廣泛地運用在將碟形光纜快速端接和互連的場合。具備與標(biāo)準(zhǔn)SC/LC連接器同等的接續(xù)性能，兼容標(biāo)準(zhǔn)SC/LC連接器和法蘭。光纖現(xiàn)場連接器包括現(xiàn)場成端插頭和現(xiàn)場成端插座。圖1-18光纖現(xiàn)場連接器光纖現(xiàn)場連接器按結(jié)構(gòu)可分為SC型插頭、LC型插頭、SC型直形插座和SC型彎形插座；按插頭內(nèi)接續(xù)方式可分為機(jī)械接續(xù)型（預(yù)置光纖機(jī)械接續(xù)型）、熱熔接型（預(yù)置光纖熱熔型）和直通型（非預(yù)置光纖型）；按插針體端面形狀可分為UPC型和APC型；按匹配的光纖或光纜可分為光纖型和光纜型。光纜接頭盒光纜接頭盒是相鄰光纜間提供光學(xué)、密封和機(jī)械強(qiáng)度連續(xù)性的接續(xù)保護(hù)裝置。主要用于各種結(jié)構(gòu)的光纜在架空、管道、直埋等敷設(shè)方式上的直通和分支連接。盒體采用進(jìn)口增強(qiáng)塑料，強(qiáng)度高，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)成熟，密封可靠，施工方便。廣泛用于通信、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，CATV有線電視、光纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等。光纜接頭盒按外形結(jié)構(gòu)分為帽式和臥式；按光纜敷設(shè)方式分為架空型、管道型和直埋型；按光纜連接方式分為直通接續(xù)型和分歧接續(xù)型；按密封方式分為熱收縮密封型和機(jī)械密封型。圖1-19光纜接頭盒1.3.PON網(wǎng)絡(luò)簡介1.3.1.PON基本原理1.3.1.1.PON的定義圖1-20PON的定義PON（PassiveOpticalNetwork：無源光纖網(wǎng)絡(luò)）,是一種基于P2MP拓?fù)涞募夹g(shù)，所謂無源是指光配線網(wǎng)（ODN）中不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，不需要有源電子設(shè)備。與點到點的有源光網(wǎng)絡(luò)相比，無源PON技術(shù)具有高帶寬、全業(yè)務(wù)、易維護(hù)等多方面的優(yōu)勢，促使其成為網(wǎng)絡(luò)融合進(jìn)程中的主流技術(shù)，在三網(wǎng)融合趨勢下被眾多的運營商選擇。1.3.1.2.PON網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成PON由局側(cè)的OLT（OpticalLineTerminal，光線路終端）、用戶側(cè)的ONU（OpticalNetworkUnit，光網(wǎng)絡(luò)單元）和ODN（OpticalDistributionNetwork，光配線網(wǎng)絡(luò)）組成。目前主流的PON技術(shù)有EPON、GPON。1.3.1.3.PON基本原理PON系統(tǒng)采用WDM（波分復(fù)用）技術(shù)，使得不同的方向使用不同波長的光信號，實現(xiàn)單纖雙向傳輸。圖1-21PON的基本原理為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)，實現(xiàn)天然組播。上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)，靈活區(qū)分不同的ONU數(shù)據(jù)。(1).PON下行數(shù)據(jù)圖1-22PON下行原理廣播方式：OLT連續(xù)廣播發(fā)送，ONU選擇性接收。在ONU注冊成功后分配一個唯一的識別碼LLID（LogicalLinkIdentifier邏輯鏈路地址）。ONU接收數(shù)據(jù)時，僅接收符合自己識別碼的幀或廣播幀。(2).PON上行數(shù)據(jù)圖1-23PON上行原理TDMA方式：上行通過TDMA（時分復(fù)用）的方式傳輸數(shù)據(jù)。任何一個時刻只能有一個ONU發(fā)送上行信號。各個ONU發(fā)送的上行數(shù)據(jù)流通過光分路器耦合進(jìn)共用光纖，以TDM方式復(fù)合成一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流。每個ONU由一個TDM控制器，它與OLT的定時信息一起控制上行數(shù)據(jù)包的發(fā)送時刻，避免復(fù)合時數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞和沖突。1.3.2.PON系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于PON的光纖接入系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)中位置如圖1-24所示。圖1-24PON系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)中的位置1.3.2.1.PON系統(tǒng)的組成PON系統(tǒng)的組成如圖1-25所示，基本組成包括光線路終端(OLT)、光分配網(wǎng)(ODN)和光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)三大部分。圖1-25PON系統(tǒng)的組成(1).OLT的作用是將各種業(yè)務(wù)信號按一定的信號格式匯聚后向終端用戶傳輸、將來自終端用戶的信號按照業(yè)務(wù)類型分別進(jìn)行匯聚后送入各業(yè)務(wù)網(wǎng)。(2).FTTH/O應(yīng)用的ONU位于用戶端，直接為用戶提供話音、數(shù)據(jù)或視頻接口。(3).ODN的作用是提供OLT與ONU之間的光傳輸通道。包括OLT和ONU之間的所有光纜、光纜接頭、光纖交接設(shè)備、光分路器、光纖連接器等無源光器件。ODN宜采用星型結(jié)構(gòu)或樹型結(jié)構(gòu)。1.3.2.2.光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）類型介紹目前FTTH建設(shè)主要采用SFU+LAN上行家庭網(wǎng)關(guān)或PON上行家庭網(wǎng)關(guān)，所有終端要求通過ITMS（智能終端管理系統(tǒng)）做到不同廠家的互通、業(yè)務(wù)自動下發(fā)和版本升級等功能。根據(jù)接入用戶類型的不同，ONU可分為SFU型、HGU型、SBU型、MDU型和MTU型。(1).SFU（單住戶單元）型ONU主要用于單獨家庭用戶，當(dāng)商業(yè)客戶不需要TDM業(yè)務(wù)時，SFU也可以用于商業(yè)客戶。SFU僅支持寬帶接入功能，具有1或4個以太網(wǎng)接口，提供以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)，可以支持VoIP業(yè)務(wù)（內(nèi)置IAD）或CATV業(yè)務(wù)，可配合家庭網(wǎng)關(guān)使用。SFU型ONU的具體形態(tài)見表1-7。編號SFU-1

表1-7SFU型ONU的具體形態(tài)以太網(wǎng)口數(shù)量 POTS口數(shù)量1（GE或者FE） 0

CATVRF口可選SFU-24（FE）0可選SFU-34（FE）2可選(2).HGU（家庭網(wǎng)關(guān)單元）型ONU主要用于單獨家庭用戶，具有家庭網(wǎng)關(guān)功能，相當(dāng)于帶PON上聯(lián)接口的家庭網(wǎng)關(guān)，具有4個以太網(wǎng)接口、1個WLAN接口和至少1個USB接口，提供以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)，可以支持VoIP業(yè)務(wù)（內(nèi)置IAD）或CATV業(yè)務(wù)，支持TR-069遠(yuǎn)程管理。HGU型ONU的具體形態(tài)見表1-8。表1-8HGU型ONU的具體形態(tài)以太網(wǎng)POTS口WLAN口USB口CATVRF編號口數(shù)量數(shù)量數(shù)量口數(shù)量HGU-14（FE）011可選HGU-24（FE）211可選(3).SBU（單商戶單元）型ONU主要用于單獨企業(yè)用戶和企業(yè)里的單個辦公室，支持寬帶接入功能，具有以太網(wǎng)接口和E1接口，提供以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)，可選支持VoIP業(yè)務(wù)。SBU型ONU的具體形態(tài)見表1-9。表1-9SBU型ONU的具體形態(tài)編號 以太網(wǎng)口數(shù)量 E1接口數(shù)量POTS口數(shù)量SBU-1 4 4 不做規(guī)定(4).MDU（多住戶單元）型ONU主要用于多個住宅用戶，具有寬帶接入功能，具有多個（至少8個）用戶側(cè)接口（包括以太網(wǎng)接口、ADSL2+接口或VDSL2接口），提供以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)、可以支持VoIP業(yè)務(wù)（內(nèi)置IAD）或CATV業(yè)務(wù)。MDU型ONU的具體形態(tài)見表1-10。表1-10MDU型ONU的具體形態(tài)編號以太網(wǎng)口數(shù)ADSL2+接口VDSL2接口POTS口數(shù)CATVRF量數(shù)量數(shù)量量口MDU-8/16/24/32000可選1(FE)MDU-8/16/24/32008/16/24/3可選2(FE)2/48MDU-016/24/32/4024/32/48/038/6464MDU-0012/16/24/324/32/48/04264注：表中的數(shù)量均表示MDU設(shè)備中板卡的端口數(shù)量。(5).MTU（多商戶單元）型ONU主要用于多個企業(yè)用戶或同一個企業(yè)內(nèi)的多個個人用戶，具有寬帶接入功能，具有多個以太網(wǎng)接口（至少8個）、E1接口和POTS接口，提供以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù)（內(nèi)置IAD）。MTU型ONU的具體形態(tài)見表1-11。表1-11MTU型ONU的具體形態(tài)以太網(wǎng)口數(shù)編號量E1接口數(shù)量POTS口數(shù)量MTU-116（FE）4/80MTU-28/16（FE）4/88/161.3.3.主流PON技術(shù)介紹OND網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要采用PON寬帶接入技術(shù)，目前已經(jīng)成熟并且規(guī)模商用的主要有EPON和GPON。EPON是基于IEEE802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)無源光纜網(wǎng)技術(shù)，上下行標(biāo)稱速率均為1.25Gb/s，最高光分路比為1:64。GPON是基于ITU-TG.984標(biāo)準(zhǔn)的吉比特?zé)o源光纜網(wǎng)技術(shù)，GPON可支持上下行對稱和不對稱多種速率等級，下行標(biāo)稱速率為2.5Gb/s，上行標(biāo)稱速率支持1.25Gb/s和2.5Gb/s；最高光分路比為1:128。目前EPON的PX20+光模塊和GPON的ClassC+光模塊均已成熟，各地在FTTH規(guī)模部署過程中，OLT及ONU設(shè)備應(yīng)采用不低于PX20+（EPON）和ClassC+（GPON）等級的光模塊，ODN網(wǎng)絡(luò)光功率全程衰耗應(yīng)分別控制在-28dB和-32dB以內(nèi)。表1-12GPON和EPON的主要技術(shù)指標(biāo)對比[2]內(nèi)容GPON（ITU-TG.984）EPON（IEEE802.3ah）下行速率2500Mbps或1250Mbps1250Mbps上行速率1250Mbps1250Mbps分光比1:64,可擴(kuò)展為1:1281:32（可擴(kuò)展到1:64）92%，采用：NRZ擾碼72%，采用：8B/10B下行效率編碼(20%)，開銷（無編碼），開銷(8%)及前同步碼(8%)89%，采用：NRZ擾碼68%，采用：8B/10B上行效率（無編碼），開銷編碼(20%)，開銷(11%)(12%)可用下行帶寬*2200Mbps950Mbps可用上行帶寬*1000Mbps900Mbps遵循OMCI標(biāo)準(zhǔn)對ONTOAM可選且最低限運營、維護(hù)進(jìn)行全套FCAPS（故障度地支持：ONT的故(OAM&P)、配置、計費、性能、障指示、環(huán)回和鏈安全性）管理路監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)保護(hù)50ms主干光纖保護(hù)倒未規(guī)定換TDM傳輸和時鐘同步

天然適配TDM（NativeTDM模式）保障TDM業(yè)務(wù)質(zhì)量，電路仿真可選

電路仿真（ITU-TY.1413或MEF或IETF）1.3.4.主流PON設(shè)備簡介1.3.4.1.OLT設(shè)備目前主流廠商的OLT設(shè)備持續(xù)完善，從接口容量、交換能力和組網(wǎng)能力來看，已經(jīng)達(dá)到了A類匯聚交換機(jī)的能力，可以全面滿足FTTx各種場景的功能和性能要求。OLT設(shè)備應(yīng)在滿足FTTx網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)指標(biāo)的前提下，遵循“大容量、少局所”原則，集中部署。(1).大容量、支持xPON匯聚接入OLT介紹(2).中小容量OLT介紹1.3.4.2.終端設(shè)備根據(jù)《中國電信光進(jìn)銅退系列終端標(biāo)準(zhǔn)化體系設(shè)計》的要求，F(xiàn)TTH終端設(shè)備包括SFU、PON上行e8-C以及AP外置型PON上行e8-C三種。SFU具有1個以太網(wǎng)接口，提供以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)，不提供VoIP業(yè)務(wù)，采用EMS進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，在FTTH場景下與以太網(wǎng)上行家庭網(wǎng)關(guān)配合使用，以提供更強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力。表1-13SFU的具體形態(tài)名稱網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口以太網(wǎng)接口POTS數(shù)量EPON1(FE/GE)0SFUGPON1(FE/GE)0PON上行家庭網(wǎng)關(guān)包括PON上行e8-C、AP外置型PON上行e8-C兩類，能夠提供上網(wǎng)、IPTV和VoIP業(yè)務(wù)的承載，支持ITMS遠(yuǎn)程管理，同時支持EMS進(jìn)行PON接口相關(guān)的物理層及鏈路層的遠(yuǎn)程管理。表1-14PON上行家庭網(wǎng)關(guān)的具體形態(tài)用戶側(cè)接口名稱網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口以太網(wǎng)口POTS數(shù)WLAN數(shù)USB數(shù)數(shù)量量量量PON上行EPON4(FE)2(或1)1(或2）1e8-CGPON4(FE)2(或1)1(或2）1EPON4(或2(或1)00AP外置型2)(FE)PON上行e8-CGPON4(或2(或1)002)(FE)1.4.PON網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)指標(biāo)在PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中，需要確定OLT覆蓋的范圍，基于PON的FTTH網(wǎng)絡(luò)模式必須通過衰耗核算的方式，來確定其有效的傳輸距離，確定OLT覆蓋區(qū)域和覆蓋半徑。同時，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中采用的不同技術(shù)、組網(wǎng)方式等做好帶寬的合理測算，以滿足不同業(yè)務(wù)和不同客戶群對帶寬的差異化需求。1.4.1.鏈路衰耗指標(biāo)及計算方法PON網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路損耗包括了S／R和R／S（S：光發(fā)信參考點；R：光收信參考點）參考點之間所有光纖和無源光元件（例如光分路器、活動連接器和光接頭等）所引入的損耗。PON系統(tǒng)的傳輸距離應(yīng)采用最壞值計算法，分別計算OLT的PON口至ONU之間上行和下行的傳輸距離，取兩者中較小者為PON口至ONU之間的最大傳輸距離。圖1-26光鏈路傳輸示意圖PON系統(tǒng)的傳輸距離（OLT至ONU的傳輸距離）可按如下公式進(jìn)行測算：式中：ILOLT至單個ONU之間鏈路中所有光分路器的插入損耗之和（單位：dB），各種規(guī)格光分路器插入損耗參照表1-15取值。表1-15光分路器插入損耗典型值（均勻分光）插入損耗典型 插入損耗典型光分路器規(guī)值光分路器規(guī)值格格（dB）（dB）1×23.82×24.11×47.22×47.51×810.52×810.81×1613.82×1614.11×3217.12×3217.41×6420.12×6420.41×12