光纤通信基本知识

光纤通信基本知识光纤通信发展简史光是电磁波载波频率=〉带宽=〉传输信息1960年新光源-激光器——〉光通信开端70年贝尔lab-连续震荡半导体激光器——〉发展美国康宁-20dB/km衰减-光纤——〉突破79年-衰耗〈0.5dB/km89年-今-掺铒光纤放大器（EDFA）镓铝砷，铟镓砷磷半导体激光器——〉主流展望-全光时代-光放大，光集成，光分插复用，光交叉连接和光交换。光纤通信特点1．巨大的传输容量1014~1015Hz数量级〉微波104~105倍梯度多模----------数吉Hz/公里单模----------数百太Hz/公里2．极底的传输衰耗传输中继距离长得多单模----1310µm-------0.35dB/km1550µm-------0.2dB/km回轴电缆----60MHz------19dB/km市话-----4MHz------20dB/km3．抗电磁干扰介电材料=〉电力输配，电气化铁路，雷击多发区，核试验等特殊环境。4．信道串扰小，保密性好少汇漏-〉无串扰-〉保密性高5．光缆尺寸小，重量轻，可挠性好外径-125µm套塑〈1mm24芯≈（18mm）质量=1/3~1/10电缆弯曲直径数毫米=〉易敷设=〉公用，军用-导弹，舰船，飞机，潜艇通信控制系统…资源丰富，成本低廉不锈蚀，耐高温，光纤接头不会产生电火花放电=〉适用于易燃易爆，有锈蚀环境。适宜化工厂，矿井及水下通信控制系统。光器件寿命-百万小时光纤通信应用类型通信系统的基本组成信源-〉发送机-〉传输通道-〉接收机-〉信宿光纤传输方式图光纤传输方式1．传输信号类型光线模拟通信系统=〉广播，TV(color)，工业监视，交通监控光纤数字通信系统PCM数字信号=〉广泛2．光调制的方式强度调制直接检测系统用电信号强度调制光源，接收端用光检器直接检测—IM-DD系统光纤模拟/数字通信系统均为此类型通信容量受限外差光纤通信系统=无线通信的外差接受技术在发送端用电信号调制广源发出的单频光载波单模光纤传输在接收端与接收机内部产生的本振光源混频光检测器检出光载波和本振光之差频的中频电信号解调出信号3．光纤的传输特性多模光纤通信系统传输媒质-石英多模梯度光纤带宽受限〈140Mbit/s=〉数据网络，专用网络单模光纤通信系统传输媒质-石英单模光纤传输容量大，无中继传输距离长=〉长途干线网及本地网光纤通信系统4．光波长短波长光纤通信系统800~900nm中继距离短=〉计算机局域网，用户接入网长波长光纤通信系统1000~1600nm1310nm------石英多模/单模光纤1550nm------石英单模光纤----中继距离较长（衰耗最低）超长波长光纤通信系统非石英系光纤，卤化物〉2000nm------衰耗10-2~10-5dB/km1000km无中继传输5．应用范围公用=〉电信，广电光纤市话中继通信系统，光纤长途传输系统，光纤用户环路系统以及有线电视系统…专用=〉电力，铁道，石油，公路交通，大型厂矿企业，军事6．传输信道数目单信道系统一根光纤传送一个光波长，采用时分复用（TDM）提高系统传输容量粗波分复用系统（CWDM）一根光纤传送少量不同光波长(信道间隔20nm)=〉业务类型繁杂，传输容量多变的城域网密集波分复用系统(DWDM)一根光纤传送多个不同波长光信号（信道间隔8nm），采用时分复用提高每一波长的传输速率，百倍提高系统容量。光通信技术涉及的产品1．光传输设备光端机，光中继机，波分复用终端（10Gbit/sSDH设备，32×10Gbit/s波分复用）…功能：电信号转换与调制，光信号的发送与接收，多波长系统的分波与合波…2．光纤光缆及附件光纤：多纤集合，加上保护元件构成光缆使用附件：接头盒，终端盒，光配线架，热缩护套产业链：金属，非金属，化工原材料，光纤预制棒，拉丝，成缆。产品：单模光纤非零色散位移光纤（NZ-DSF）（支持DWDM传输）多波长复用低水峰全波光纤（宽带城域网）色散补偿光纤（DCF）（高速率传输色散调节）掺铒光纤（光纤放大器）3．光器件光有源-----光源（激光器，发光管）,探测器（光电管，雪崩管）,光信号放大器分布反馈式激光器，多量子阱激光器，垂直腔面发射激光器（宽带多模光纤系统）光源+探测器=〉收发模块光无源-功能：光路活动连接，光信号分路，光功率分配，光的衰减与隔离，光信号的分波和合波产品：光路由选择器，光纤光栅，陈列波导光栅。特点：不需电源工作，不进行光电交换。4．测试仪器与专用工具设备测试---误码分析仪，光谱分析仪，光功率计，光多用表。线路工程施工---光时域反射仪(DTDR)，光纤熔接机，剥缆刀具，米勒钳，光纤切割器光传输线路指标1．光缆（光纤）的衰减系数（dB/km）系数要求：单模光纤--1310µm-------0.3~0.45dB/km1550µm-------0.2~0.28dB/km多模光纤—A1.a--1310(850)mm----0.8~1.5dB/kmA1.b--1310(850)mm----0.8~2.0dB/km2．光缆（光纤）的色散系统=〉线路设计（10Gbit/s以上高速率系统需检测）多模光纤无色散指标要求=带宽×传输距离（MHz∙km）单模光线色散系数指标：1285~1330nm----≤3.5ps/nm∙km1270~1340nm----≤6ps/nm∙km1530~1565nm----≤20ps/nm∙km非零色散单模光纤（G.655）：G.655A:0.1~6ps/nm∙kmG.655B:1~10ps/nm∙km色散系数-〉传输的光脉冲的展宽和畸变-〉系统的误码率=〉误码率-〉色散特性3．再生段的线路总衰减=再生段内全程光衰减+全部光缆固定连接损耗+活接头的插入损耗工程考核线路质量的最重要指标线路的总衰减规定按再生段全程监测和评价。光纤活动连接器1．活动连接器的基本结构与类型光纤连接对中方式：套筒式，圆锥式，V型槽式。类型：FC型—金属螺纹丝扣锁紧型插针与套筒材料：氧化锆陶瓷插拔次数〉1000，无磨损，不变形，精确对准。结构：插头—转接器—插头FC/PC连接器插针端面为球面，降低了对灰尘，污染物的敏感性特点：外径2.5mm的圆柱型对中套管，M8螺纹式锁紧机构FC/UPC,FC/APC连接特点：非常低的反射。（多模光纤也可以制成）标准：IEC（国际电工委员会）SC型—塑料矩形插拔型材料：高强度工程塑料压制特点：工艺简单，生产成本低，插拔操作简便，占用空间位置小。缺点：易变形，连接可靠性较差=〉非重要光线路连接或，光路测量连接结构：插头—转接器—插头设计特点：PBT材料塑压成型，氧化锆陶瓷作插针体推挽方式连接和分开=〉高密度安装场合多模光纤可制作SPC型和APC型，具有低的回损光=〉光接入网，数字通信系统，高密安装配线架。ST型—金属圆柱卡口型单芯光缆连接器特征：一个卡口锁紧机构和一个直径2.5mm圆柱形套筒对中机构结构：插头—转接器—插头/插座设计特点：卡口旋转锁紧连接耦合方式，适用现场装配。特点：良好的重复性，体积小，重量轻。=〉通信网和本地网D型—插针体Ф2mm。其他同FC型LC,MU微型连接器2．活动连接器插针端面插针和套筒是活动连接器的关键元件，采用氧化锆陶瓷材料FC端面PC端面SPCAPC3．光纤跳线类型与连接性能指标光纤光缆跳线—光缆两端面都装上连接器插头，光路的跳线式连接；桥接线—两端连接器插头不同类型或不同端面的跳线尾纤—一端装插头，另一端直接连接光器件或设备。光纤类型—单模，多模，数据插头—FC，SC，ST端面—PC，SPC，APC特点：插入损耗低，回波损耗高；重复性好，互换性好=〉长途干线网，城域网，接入网；光纤CATV网，光纤数据网光耦合器用于光功率的合路和分路，多路间的耦合。分路合路数目：Y型耦合器—2根光纤X型或星型耦合器—两光纤或多光纤在火焰烧灼下扭转熔融成锥体区主要指标：接口数目，插入衰耗，分光比，隔离度。光衰减器使用条件：接收机输入光功率超过某一范围或在测量光纤接收机灵敏度时原理：调整光衰减片旋转角度，改变反射光与透射光比例来改变光衰减大小类型：衰耗固定，步进式，能连续改变衰减值衰耗器的指标：插入衰耗，工作波长，衰耗精度，衰耗变化范围，步进量衰耗片状在结构如活动连接器的插件中材料：蒸镀金属膜的玻璃片镀膜材料性能及膜厚度-〉衰耗大小光器件应用前景展望--〉高速率，大容量，全光处理--〉小型化，集成化，多功能，低成本化1．活动连接器的材料与结构变化体积变小，材料变换，连接性能提高，连接纤数更多2．集成光器件：光分路器，光隔离器，波分复用器，光放大器=〉OEIC(光电集成回路)与PIC（光集成器件）4．OEIC微电和光电结合有源器件（光源，探测器）+电子元件=〉功能全面，功耗低，安装使用方面。光缆类型，结构与材料1．光缆的分类方式缆芯结构：中心管式—光纤，光纤束或光纤带无绞合直接放到光缆中心位置层绞式—几根，几十根或更多光纤或光纤带子单元围绕中心加强件螺旋绞合（S绞或SZ绞）成一层或几层的光缆骨架式—光纤或光纤带螺旋绞合后置于塑料骨架槽中成缆线路敷设：架空管道直埋隧道水底缆中光纤状态：松套—有一定自由移动空间，有利于减小外界机械应力对图覆光纤影响紧套—直径小，重量轻，易剥离，敷设和连接，高拉伸应力会直接影响光纤的衰减等性能。半松半紧使用环境和场合：室外—足够的机械强度，防渗水能力，良好的温度特性室内—结构紧凑，轻便柔软，阻燃性能网络层次：长途—省际一级干线，省内二级干线市内—长途端局与市话局以及市话局之间的中继线路接入网—市话端局到用户间的线路特殊用途：电力光缆，阻燃光缆，防蚁光缆…2．光缆的结构类型室外光缆层绞式—由多根二次被覆光纤松套管（或部分填充绳）绕中心金属加强件绞合成圆整的缆芯，缆芯外先纵包复合铝带并挤上聚乙烯内护套，再纵包阻水带和双面覆膜皱纹钢（铝）带加上一层聚乙烯外护层组成。－〉分离光纤层绞式和光纤带层绞式结构特点：容纳的光纤数多，光缆中光纤余长易控制，光缆的机械，环境性能好，适宜直埋，管道敷设，也可以架空敷设。结构缺点：结构工艺设备较复杂，生产工艺环节较繁琐，材料消耗多。中心管式—由一根二次光纤松套管或螺旋形光纤松套管无绞合直接放在缆中心，纵包阻水带和双面覆塑钢（铝）带，两根平行加强圆磷化碳钢丝或玻璃钢圆棒位于聚乙烯护层中组成。－〉分离光纤中心管式光缆或光纤带中心管式光缆优点：结构简单，制造工艺简捷，光缆截面小，重量轻＝〉架空敷设，管道，直埋缺点：缆中管线芯数受限（分离-12；光纤束-36；光纤带-216）；松套管挤塑工艺中松套管冷却不够，成品光缆中松套管会出现后缩，光缆中光纤余长不易控制骨架式—干式光纤带光缆=将光纤带以矩阵形式置于U型螺旋骨架槽或SZ螺旋骨架槽中，阻水带以绕包方式缠绕在骨架上，使骨架与阻水带形成一个封闭的腔体。阻水带遇水，吸水膨胀产生阻水凝胶屏障。阻水带外再纵包双面覆塑钢带，刚带外挤上聚乙烯外护层。优点：结构紧凑，缆径小，光纤芯密度大（上千~数千），施工接续中无须清除阻水油膏，接续效率高。=〉接入网，局间中继，有线电视网络中作为传输馈线缺点：制造设备复杂，工艺环节多，生产技术难度大室内光缆—非金属结构。无需接地或防雷保护，全介质结构保证抗电磁干扰。容易开剥多用途室内光缆—由绞合的紧缓冲层光纤和非金属加强件（如纺轮沙）构成，光纤数〉6时，光纤绕一根非金属中心加强件绞合形成一根更结实的光缆。传输各种语音，数据，视频图像和信令。分支光缆—终结维护，光纤的独立布线或分支。大楼之间的管道内，大楼内向上的升井里。计算机机房地板下和光纤到桌面2.7mm子弹元—业务繁忙2.4mm子单元—业务正常2.0mm子单元—业务少互连光缆—为布线系统进行语音，数据，视频图像传输设备互连所设计的光缆。单纤，双纤结构。楼内布线中可用作跳线。直径细，弯曲半径小，更易敷设在空间受限的场所，可以简单直接或在工程进行预先连接作为光缆组件用在工作场所或作为交叉连接的临时软线。特种光缆电力光缆阻燃光缆—人口密集地，特殊场合，如商贸大厦，高层住宅，地铁，矿井，船舶，飞机中。无卤阻燃光缆