有線傳輸子系統(tǒng)-光纖通信課件講解

有線傳輸子系統(tǒng)--光纖通信系統(tǒng)簡介

光纖通信系統(tǒng)簡介1通信用光器件2SDH傳輸網(wǎng)34目錄維護(hù)管理系統(tǒng)4傳輸系統(tǒng)接口5系統(tǒng)日常維護(hù)6了解光纖通信系統(tǒng)組成1了解光纖通信特點(diǎn)2了解傳輸系統(tǒng)功能3教學(xué)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)組成1光纖通信特點(diǎn)21.光纖的發(fā)展光纖通信發(fā)展的里程碑

1966年高錕博士發(fā)表的論文《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》。光纖通信發(fā)展的實(shí)質(zhì)性突破

1970年美國康寧公司制造出當(dāng)時(shí)世界上第一根超低損耗光纖。光纖通信爆炸性的發(fā)展（1）光纖損耗

1970年：20dB/km；1972年：4dB/km；

1974年：1.1dB/km；1976年：0.5dB/km；

1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km。發(fā)展歷程

我心里覺得一個(gè)人有這樣子的好運(yùn)，能夠做一件前所沒有的事情，而且做出來的影響是非常非常大的，我感覺很滿足，我有這個(gè)機(jī)會，來創(chuàng)一個(gè)新的領(lǐng)域，而且這光纖的生成，使得世界又有很大的變化，我很滿足。

——2002年，鳳凰衛(wèi)視主持人許戈輝采訪時(shí)問高錕，“是否認(rèn)為自己該拿諾貝爾獎(jiǎng)”時(shí)，高錕的回答光纖的建議（標(biāo)準(zhǔn)）G651光纖：多模梯度光纖G652光纖：單模光纖，標(biāo)準(zhǔn)光纖G653光纖：色散位移單模光纖G654光纖：截止波長位移單模光纖G655光纖：非零色散位移單模光纖G656光纖：Characteristicsofafibreandcablewithnon-zerodispersionforwidebandopticaltransport2.光纖通信的發(fā)展1980－850nm多模光纖通信系統(tǒng)1983－1300nm單模光纖通信系統(tǒng)1991－1550nm單模光纖單頻激光器光纖通信系統(tǒng)1995－采用光放大器和WDM系統(tǒng)的第四代光纖通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研究成功:第五代光纖通信系統(tǒng)－孤子通信

到90年代，光線的傳輸速率已達(dá)到每秒10000兆比特，相當(dāng)于在一對頭發(fā)絲1/10粗細(xì)的光纖可以通125萬路電話。我國光纖通信的開發(fā)里程

1977年，第一根短波長(0．85mm)階躍型石英光纖問世，長度為17m，衰減系數(shù)為300dB/km。

1978年，研制出短波長多模梯度光纖，即G.651光纖。

1979年，研制出多模長波長光纖，衰減為1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系統(tǒng)試驗(yàn)段。

1980年，1300nm窗口衰減降至0.48dB/km，1550nm窗口衰減為0.29dB/km。

1984年，武漢、天津34Mb/s市話中繼光傳輸系統(tǒng)工程建成(多模)。

1988年，全長245km的武漢－長沙市34Mb/s多模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。

1989年，漢陽——漢南40Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。

1991年，研制出G.653色散位移光纖。最小衰減達(dá)0.22dB/km。合肥——蕪湖40Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過國家鑒定驗(yàn)收。

1993年，在摻鉺光纖放大器的研究上取得突破性進(jìn)展，小信號增益達(dá)25dB。上海——無錫65Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。

1997年，研制出G.655非零色散位移光纖。成都——攀枝花22Mb/sSDH光傳輸工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。

1998年，海口——三亞5Gb/s光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收，該工程全長322km，僅在萬寧設(shè)一個(gè)中繼站，海口——萬寧的中繼距離為172km。

1999年，8×2.5Gb/sDWDM系統(tǒng)通過國家驗(yàn)收。

光纖通信系統(tǒng)組成電磁波譜圖光纖通信系統(tǒng)的組成點(diǎn)－點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)光纖結(jié)構(gòu)光纖材料玻璃光纖塑料光纖專用光纖（氟化物光纖，光敏光纖等）光纖的制造

目前通信用光纖主要是以石英玻璃（SiO2）為主的石英光纖。制造光纖流程：制作光纖預(yù)制棒拉絲涂覆套塑成纜1.光纖預(yù)制棒的制造預(yù)制棒（preform）:拉制光纖的原始棒體材料,具有與光纖相似結(jié)構(gòu)和折射率分布。預(yù)制棒制造的關(guān)鍵：（1）如何制作出光纖材料（2）如何控制光纖纖芯、包層的折射率制作石英光纖材料的反應(yīng)

以SiCl4、GeCl4、CF2Cl2等物質(zhì)為原材料高溫(1400-1600oC)下與氧氣反應(yīng)：

SiCl4+O2

SiO2+2Cl2

GeCl4+O2

GeO2+2Cl2

2CF2Cl2+4SiCl4+2O2

SiF4+2Cl2+2CO2

光纖折射率的控制通過摻雜實(shí)現(xiàn)光纖折射率增加或減?。ɡw芯摻雜折射率稍高的Ge、P等元素；包層摻雜折射率稍低的F、B元素等）通過載運(yùn)氣體（氧氣、氬氣）流速控制摻雜量的多少，從而控制折射率變化的大小SiO2折射率隨摻雜濃度的變化光纖的組成如：GeO2-SiO2纖芯SiO2包層P2O5-SiO2纖芯SiO2包層SiO2纖芯B2O3-SiO2包層GeO2-B2O3-SiO2纖芯B2O3-SiO2包層光纖預(yù)制棒的制造工藝（1）管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)Modifiedchemical-vapordeposition等離子體激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD)Plasma-activatedchemical-vapordeposition光纖預(yù)制棒的制造工藝（2）管外化學(xué)氣相沉積法氣相軸向沉積法(VAD)Vapor-axialdeposition(VAD)棒外氣相沉積法

Outsidevapor-phaseoxidation(OVPO)Outsidevapor-phasedeposition(OVD)MCVD(化學(xué)汽相沉積法)工藝流程MCVD法制備光纖預(yù)制棒的工藝流程示意圖

VAD(氣相軸向沉積法)VAD法制備光纖預(yù)制棒的工藝流程示意圖

PCVDMACHINEPCVDMACHINE2.光纖的拉制工藝?yán)z塔3.光纖的涂覆和套塑從預(yù)制棒拉出的光纖還不能直接使用，是脆性斷裂材料，達(dá)不到實(shí)際使用的強(qiáng)度要求，抗拉和抗彎能力都較差。由于制造工藝的不完善，光纖強(qiáng)度將進(jìn)一步下降。為保護(hù)光纖表面，提高抗拉強(qiáng)度和抗彎曲強(qiáng)度，還要對光纖進(jìn)行涂覆和套塑處理。制造中造成強(qiáng)度下降的原因

（1）預(yù)制棒在制造中可能存在雜質(zhì)和氣泡，會轉(zhuǎn)移到光纖中。由于雜質(zhì)的膨脹系數(shù)與周圍玻璃不同，可能導(dǎo)致裂紋，造成強(qiáng)度的下降；氣泡對強(qiáng)度的影響將更大。（2）拉絲過程中，拉絲爐的溫度穩(wěn)定性、周圍環(huán)境中的粉塵及拉絲卷繞等有可能使光纖表面出現(xiàn)劃痕、裂紋等機(jī)械損傷，影響光纖的強(qiáng)度。環(huán)境中的水分等有害物質(zhì)將對光纖造成腐蝕，使光纖表面的裂紋擴(kuò)展，降低光纖強(qiáng)度。涂覆和套塑流程光纖預(yù)制棒生產(chǎn)企業(yè)有五家：長飛、法爾勝光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5家企業(yè)的生產(chǎn)能力是2000萬公里／年。光纖拉絲生產(chǎn)企業(yè)有19家：長飛、上海光纖、南京華新藤倉、深圳特發(fā)、成都中住、杭州富通、法爾勝光子、西古、烽火通信、天大天財(cái)、特恩弛、亨通阿爾法、中天科技、華倫光纖、富春江、上海華源、山東太平洋、海南韓國三星、海南睿豐，這19家企業(yè)的生產(chǎn)能力是3500萬公里／年。光纖類型

1.按纖芯截面上折射率分布分類：階躍型光纖漸變型光纖2.按傳輸模式的數(shù)量分類：

多模光纖和單模光纖。傳輸模式：當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，如果光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進(jìn)行傳播。這些不同的光束稱為模式。光在階躍折射率光纖中的傳播

3.按傳輸波長分類:

短波長光纖和長波長光纖。

短波長光纖的波長為0.85μm

長波長光纖的波長為1.3μm～1.6μm

，主要有1.31μm和1.55μm兩個(gè)窗口。

4．按套塑結(jié)構(gòu)分類：緊套光纖和松套光纖

緊套光纖就是在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動。松套光纖，就是在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動。光纖的傳輸特性

從通信的角度，在研究信道問題時(shí)，人們最關(guān)注的是信道引起的信號衰減和信號畸變。信號衰減從能量的角度限制了信號的傳遞，而信號畸變則從信號檢測精度的角度限制了信號的傳遞。

影響光纖傳輸特性的包括衰減、色散和非線性效應(yīng)。1.光纖衰減（損耗）

概念：信號強(qiáng)度隨距離增加而變?nèi)酢Ｖ饕獊碓矗何?，散射，光泄漏。吸收損耗：由制造材料本身及其中的過渡金屬離子和氫氧根離子等雜質(zhì)對光的吸收而產(chǎn)生。散射損耗：以光能的形式把能量輻射出光纖之外的一種損耗。彎曲損耗：由于光纖彎曲使光從纖芯逸散到包層中產(chǎn)生的光泄漏。2.色散光纖對在其中傳輸?shù)墓饷}沖的展寬特性。

總的脈沖展寬：

△t＝色散（ns/km）×距離（km）衰減、色散對脈沖的影響示意3.非線性效應(yīng)

光波間或光波與其中傳輸?shù)牟牧现g的相互作用，從而對光信號產(chǎn)生影響。能引起噪聲和串?dāng)_。光纜1.要求：避免受到破壞力防止光纖傳輸特性的劣化易于操作2.構(gòu)造:

纜芯，加強(qiáng)元件，護(hù)層纜芯纜芯由光纖的芯數(shù)決定，有單芯、多芯。多芯光纜要對光纖進(jìn)行著色以便于識別。為防止氣體和水分子浸入，光纖中應(yīng)具有各種防潮層并填充油膏。加強(qiáng)元件吸收、抵消外界力（埋在地下的壓力，施工拉線走的牽引力等）。位置：中間或外層（兩種結(jié)構(gòu)方式）要求：是具有高彈性范圍、高比強(qiáng)度(強(qiáng)度和重量之比)，低線膨脹系數(shù)、優(yōu)良的抗腐蝕性和一定的柔軟性。一般采用鋼絲、鋼絞線或鋼管等；強(qiáng)電磁干擾環(huán)境和雷區(qū)中則應(yīng)使用高強(qiáng)度的非金屬材料護(hù)層

護(hù)層主要是對已成纜的光纖芯線起保護(hù)作用，避免受外界機(jī)械力和環(huán)境損壞。護(hù)層可分為內(nèi)護(hù)層（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外護(hù)層（多用鋁帶和聚乙烯組成的LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等）。3.典型結(jié)構(gòu)（1）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。層絞式結(jié)構(gòu)光纜類似傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)，故又稱之為古典光纜。

12芯松套層絞式直埋光纜6芯緊套層絞式光纜

6～48芯松套層絞式水底光纜

（2）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（我國）

骨架式自承式架空光纜

（3）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。

6～48芯束管式光纜

（4）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)圖2-31

中心束管式帶狀光纜圖2-32層絞式帶狀光纜

（5）單芯結(jié)構(gòu)光纜單芯結(jié)構(gòu)光纜簡稱單芯軟光纜。這種結(jié)構(gòu)的光纜主要用于局內(nèi)（或站內(nèi)）或用來制作儀表測試軟線和特殊通信場所用特種光纜以及制作單芯軟光纜的光纖。圖2-33單芯軟光纜4.光纜的種類

根據(jù)光纜的傳輸性能、距離和用途:

市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜；根據(jù)光纖的種類:

多模光纜、單模光纜；根據(jù)光纖芯數(shù)的多少:

單芯光纜和多芯光纜

根據(jù)加強(qiáng)構(gòu)件的配置方式:

中心加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如層絞式光纜、骨架式光纜等)、分散加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如束管式光纜)和護(hù)層加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如帶狀式光纜)

根據(jù)敷設(shè)方式:

管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜根據(jù)護(hù)層材料性質(zhì):

普通光纜、阻燃光纜和防蟻、防鼠光纜等。5.光纜的型號GYGZL03-12J50/125(20408)CGY

G

Z

L

03–12

J

50/125(2

04

08)C

光纜分類代號及其意義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：通信用海底光纜；GT：通信用特殊光纜；GW：通信用無金屬光纜。加強(qiáng)構(gòu)件的代號及意義無符號：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。派生特征的代號及其意義B：扁平式結(jié)構(gòu)；Z：自承式結(jié)構(gòu)；T：填充式結(jié)構(gòu)；S：松套結(jié)構(gòu)。注：當(dāng)光纜型式兼有不同派生特征時(shí)，其代號字母順序并列。護(hù)套的代號及其意義Y：聚乙烯護(hù)套；V：聚氯乙烯護(hù)套；U：聚氨酯護(hù)套；A：鋁、聚乙烯護(hù)套；L：鋁護(hù)套；Q：鉛護(hù)套；G：鋼護(hù)套；S：鋼、鋁、聚乙烯綜合護(hù)套。外護(hù)層的代號及其意義

外護(hù)層是指鎧裝層及鎧裝層外面的外被層，參照國標(biāo)GB2952-82的規(guī)定，采用兩位數(shù)字表示。

光纖的規(guī)格光纖數(shù)目：用光纜中同類別光纖的實(shí)際有效數(shù)目的阿拉伯?dāng)?shù)字表示。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：二氧化硅系多模階躍型(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。光纖的尺寸參數(shù)代號：用阿拉伯?dāng)?shù)字(含小數(shù)點(diǎn))以μm為