光纖通信基礎(chǔ)知識(shí)

光纖通信基礎(chǔ)知識(shí)作者：王勇

(FiberHandbookTechnologyData)美德（四川）電氣有限公司光纖通信的優(yōu)點(diǎn)通信容量大中繼距離長不受電磁干擾資源豐富光纖重量輕、體積小光通信發(fā)展簡史2000多年前烽火臺(tái)——燈光、旗語1880年光電話——無線光通信1970年光纖通信光纖通信發(fā)展史1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。1970年貝爾研究所林嚴(yán)雄在室溫下可連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器。1970年康寧公司的卡普隆(Kapron)之作出損耗為20dB/km光纖。1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。電磁波譜1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范圍紅外線紫外線光的基本知識(shí)光是一種電磁波可見光350nm—750nm光纖通信所用的波長

800——1600nm光的反射、折射全反射光的基本知識(shí)n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射視覺位置實(shí)際位置空氣水光的基本知識(shí)n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2光纖的結(jié)構(gòu)纖芯包層保護(hù)套光纖的的結(jié)構(gòu)構(gòu)纖芯core：：折射射率較較高，，用來來傳送送光；；包層coating：折折射率率較低低，與與纖芯芯一起起形成成全反反射條條件；；保護(hù)套套jacket：強(qiáng)強(qiáng)度大大，能能承受受較大大沖擊擊，保保護(hù)光光纖。。3mm光光纜橘橘色MM黃色SM常見光纖纖名詞數(shù)值孔徑徑（NumericAperture））

NA=SINθθ接收錐常見光纖纖名詞輸入輸入輸出輸出低數(shù)值孔徑NA高數(shù)值孔徑NANANA外徑一般般為125um(一根頭發(fā)發(fā)平均100um)內(nèi)徑：單單模9um多多模50/62.5um12595012562.5125光纖的尺尺寸光纖的分分類按材料分分類：玻璃光纖纖：纖芯芯與包層層都是玻玻璃，損損耗小，，傳輸距距離長，，成本高高；膠套硅光光纖：纖纖芯是玻玻璃，包包層為塑塑料，特特性同玻玻璃光纖纖差不多多，成本本較低；；塑料光纖纖：纖芯芯與包層層都是塑塑料，損損耗大，，傳輸距距離很短短，價(jià)格格很低。。多用于于家電、、音響，，以及短短距的圖圖像傳輸輸。按照光纖纖的模式式分類單模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率率分類階越光纖纖漸變折射射率光纖纖光纖的分分類光纖的損損耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纖熔接接點(diǎn)損耗耗：0.2dB/點(diǎn)光纖熔接接點(diǎn)1點(diǎn)/2km常見光纖纖名詞衰減：光光在光纖纖中傳輸輸時(shí)的能能量損耗耗

單模模光纖1310nm0.4~0.6dB/km1550nm0.2~0.3dB/km塑塑料多多模光纖纖

300dB/km光纖的衰衰減光纖的衰減圖0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰減(dB/km)水峰值654321色散(Dispersion)：光光脈沖沿沿著光纖纖行進(jìn)一一段距離離后造成成的頻寬寬變粗。。它是限限制傳輸輸速率的的主要因因素。模間色散散：只發(fā)發(fā)生在多多模光纖纖，因?yàn)闉椴煌ＤＪ降墓夤庋刂徊煌穆仿窂絺鬏斴?。材料色散散：不同同波長的的光行進(jìn)進(jìn)速度不不同。波導(dǎo)色散散：發(fā)生生原因是是光能量量在纖芯芯及包層層中傳輸輸時(shí)，會(huì)會(huì)以稍有有不同的的速度行行進(jìn)。在在單模光光纖中，，通過改改變光纖纖內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)來改改變光纖纖的色散散非常重重要。常見光纖纖名詞光纖類型型G.652零色色散點(diǎn)在在1300nm左右G.653零色色散點(diǎn)在在1550nm左右G.654負(fù)色色散光纖纖G.655色散散位移光光纖全波光纖纖常見光纖纖名詞散射由由于光線線的基本本結(jié)構(gòu)不不完美，，引起的的光能量量損失，，此時(shí)光光的傳輸輸不再具具有很好好的方向向性。光線缺陷光纖系統(tǒng)統(tǒng)基礎(chǔ)知知識(shí)一、基本本光纖系系統(tǒng)的構(gòu)構(gòu)架及其其功能介介紹：1.發(fā)送送單元：：把電信信號(hào)轉(zhuǎn)換換成光信信號(hào)；2.傳輸輸單元：：載送光光信號(hào)的的介質(zhì)；；3.接收收單元：：接收光光信號(hào)并并轉(zhuǎn)換成成電信號(hào)號(hào)；4.連接接器件：：連接光光纖到光光源、光光檢測以以及其它它光纖。光纖系統(tǒng)統(tǒng)基礎(chǔ)知知識(shí)二、基本本光纖系系統(tǒng)方框框圖：信號(hào)光發(fā)射機(jī)光源中繼器檢測器光接收機(jī)信號(hào)電E/光O轉(zhuǎn)換光纖光O/電E轉(zhuǎn)換發(fā)送單元傳輸單元接收單元連接器件常用連接接器類型型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack常用連接接器類型型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType常用連接接器類型型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType連接頭端面類類型Ferrule+FlangeInsertionLoss(插入損耗)<0.3dBReturnLoss(回波損耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB無源器件耦合器（coupler）主要功能再分分配光信號(hào)重要應(yīng)用在光光纖網(wǎng)絡(luò)尤其是應(yīng)用在在局域網(wǎng)在波分復(fù)用器器件上應(yīng)用無源器件耦合器（coupler）基本結(jié)構(gòu)耦耦合器是雙向向無源器件基基本形式有有樹型、星型型

——與耦合器對(duì)應(yīng)應(yīng)的有分路器器（splitter））無源器件耦合器以圖形表示1423無源器件波分復(fù)用器WDM—WavelengthDivisionMultiplexer

在一條光光纖中傳輸多多個(gè)光信號(hào)，，這些光信號(hào)號(hào)頻率不同，，顏色不同。。波分復(fù)用器器就是要把多多個(gè)光信號(hào)耦耦合進(jìn)同一根根光纖中；解解波分復(fù)用器器就是從一根根光纖中把多多個(gè)光信號(hào)區(qū)區(qū)分出來。無源器件波分復(fù)用器（（圖例）

λ1傳送器

λ2傳送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器發(fā)送單元驅(qū)動(dòng)器光源接收單元檢測器放大器

輸出電路光放大器λ0λ1輸入（信號(hào)弱）λ1輸出（信號(hào)強(qiáng)）光放大器波分復(fù)用器耦合器λ1光源監(jiān)測光纖數(shù)字通信信數(shù)字系統(tǒng)中脈脈沖的定義：：10%90%50%脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間周期振幅1.振幅：脈脈沖的高度在在光纖系統(tǒng)中中表示光功率率能量。2.上升時(shí)間間：脈沖從最最大振幅的10%上升到到90%所需需要的時(shí)間。。3.下降時(shí)間間：脈沖從振振幅的90%下降到10%所需要的的時(shí)間。4.脈沖寬度度：脈沖在50%振幅位位置的寬度，，用時(shí)間表示示。5.周期：脈脈沖特定的時(shí)時(shí)間，就是完完成一個(gè)循環(huán)環(huán)所需要的工工作時(shí)間。6.消光比：：1信號(hào)光功功率于0信號(hào)號(hào)光功率的比比值。光纖數(shù)字通信信光纖通信中常常用單位的定定義：1.dB=10log10(Pout/Pin)Pout:輸出功率率;Pin:輸入功率率2.dBm=10log10(P/1mw)是通信工程程中廣泛使使用的單位位；通常表示以以1毫瓦為為參考的光光功率；example:–10dBm表示光光功率等于于100