光纤通信基础知识3

OpticalNetworkProductsInnovator光纤通信基础知识易飞扬通信技术有限公司光纤通信基础知识光纤通信的优点•传输容量大•再生中继距离长•不受电磁干扰，信息传输质量高•抗腐蚀性强•资源丰富•重量轻、体积小易于敷设与其他传输方式比较光纤单波道微波系统同轴电缆速率10Gbit/s280Mbit/s560Mbit/s中继距离100~200km50km几公里抗腐蚀性强、差抗电磁干扰强弱一般传输容量大一般一般资源丰富、少通信信息容量大•无线电波频率：300KHz•微波频率：100GHz•真空光速：C=3*108m/s•光纤中所用波长为1310nm、1550nm。•光波频率：f=V/λ≈1014Hz•可通电话路数：N=f/ρf=2.5*1010路（250亿）•可通电视路数：N=f/ρf=1.4*107路（1600万）smc/1038信息量及单位•二进制数字信号有0和1两个信号位，称为比特（bit）。这就是数字信号常用的信息量单位b（或Kb、Mb、Gb等）。•信息量举例：•一位十进制数字4b，三分钟讲话20Mb•一个汉字16b，三分钟音乐100Mb•一页文字20Kb，一幅图片5Mb一本书5Mb，一场电影200Gb光通信发展简史2000多年前烽火台——灯光、旗语1880年光电话——无线光通信1970年光纤通信光通信发展简史•1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。•1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。•1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。•1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。光通讯网络•主要用途：电话网络数据通讯系统有线电视的分类发送光通讯网络电话网络•长距离的通信网络，大于600km的转发间距。总的连接长度可以达到9000km。造价昂贵。主要用在submarine,longhaul。•Accessnetwork(1km-20km)localexchange,regionalinterexchange,FTTC,FTTH光通讯网络•数据通信(1m-500m)主要用在LAN,FDDI,Gigabit-Ethernet,FiberChannel•有线电视网(城市间的分类发送)其他网络光通讯网络光纤通讯系统EDFAOADMλ2λ2EDFAdata1data2data3data4data1data2data3data4λ1λ2λ3λ4E/OTransmitterO/EReceiverMUXDe-MUX010011010011光通讯网络光纤通讯网络电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线光的基本知识光是一种电磁波可见光350nm—750nm光纤通信所用的波长800——1600nm光的反射、折射全反射光的基本知识光的反射反射定律：入射光线和反射光线在同一平面内，分居在法线的两侧，且有反射角等于入射角。n1n2法线θθ入射光线分界面反射光线光的基本知识光的折射当光线由一种介质进入另一种介质时，光线在两个介质的分界面上除了被反射外，还有折射光线。如右图所示。αβn1n2法线入射光线折射光线折射定律：入射光线和折射光线分居在法线的两侧，且有sinsin21nn光的基本知识棱镜对光的折射如果是一束白光，我们能看到彩带。即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。实验表明，同一种介质对不同波长的光折射率是不同的，这种现象称为色散。光的基本知识n1n2n1n2θ1θ2θ3入射折射反射视觉位置实际位置空气水光的基本知识n1n2n1n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2光纤传输的基本原理即当光以某一角度进入光纤芯层时，如果入射角大于全反射临界角，则此时光参被封闭在芯层中传输，而不会有能量的损失，这种现象叫全反射。ncoresin(Øinc)=ncladdingsin(Øtrans)光的全反射光的基本知识光的全反射当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。光导纤维2.光纤的结构纤芯包层保护套（涂覆层）2.光纤的结构•纤芯core：折射率较高，用来传送光；•包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；•保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。•3mm光缆橘色MM•黄色SM2.光纤的结构•光纤简单的说就是一种高度透明的玻璃丝，他是由二氧化硅玻璃经复杂的工艺拉制而成，其全称为光导纤维。•光纤结构图单模光纤：芯层：直径8~10μm,包层：直径125μm，涂层：外径250μm。多模光纤：芯层：直径50μm或62.5μｍ，包层：直径125μm，涂层：外径250μm。数值孔径Acceptance/EmissionConeNA=sin=n2core-n2cladding数值孔径常用光纤名词输入输入输出输出低数值孔径NA高数值孔径NANANA常用光纤名词•色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。–模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的光沿着不同的路径传输。–材料色散：不同波长的光行进速度不同。–波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时，会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中，通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。光纤的尺寸外径一般为125um(一根头发平均100um)内径：单模9um多模50/62.5um12595012562.5125光纤的分类•按材料分类：–玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；–胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同玻璃光纤差不多，成本较低；–塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。光纤的分类•按照光纤的模式分类–单模（Single-Mode）–多模（Multi-Mode）•按折射率分类–阶越光纤–渐变折射率光纤光纤的损耗•1310nm:0.35~0.5dB/Km•1550nm:0.2~0.3dB/Km•850nm:2.3~3.4dB/Km•光纤熔接点损耗：0.03dB/点•光纤熔接点1点/2km常见光纤名词•衰减：光在光纤中传输时的能量损耗单模光纤1310nm0.4~0.6dB/km1550nm0.2~0.3dB/km塑料多模光纤300dB/km101210111010109(1km)108107106(1m)105104103(1mm)102101(1m)10-110-210-3(1nm)10-410-510-610-710-910-1010-8波长(nm)1064104波长(µm)6103510376062259757749245539030020010极远远中近红橙黄绿蓝紫近远极远紫外线可见光红外线长电磁场无线电波微波X射线射线宇宙射线1.71031.2103SiO2fiber光的本质－－－电磁波光纤的衰减光纤的衰减图0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnmOH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值654321光纤类型•G.652零色散点在1300nm左右•G.653零色散点在1550nm左右•G.654负色散光纤•G.655色散位移光纤•全波光纤使用光纤应注意的主要事项•防止侧压，造成对光纤的损伤。•勿过度弯折光纤，造成光纤的折断。•防止尖锐物体对光纤的损伤。•注意保持光纤表面或端面的清洁。•注意眼睛不要注视光源。光纤的缺点•光纤脆性较强，易折断，对光源稳定性、单一性要求高，预制棒制备技术，拉丝工艺要求高，光源对准难度大。通信光纤的种类•单模光纤(Single-modeFiber)：就是只允许一种模式传输的光纤，通常为基模，芯径约为8～9μm，外径约为125μm。传输距离较长。•多模光纤(Multi-modeFiber)：就是允许有多个导模传输的光纤，芯径50μm；光纤局域网中应用的多模光纤，芯径为62.5μm或82.5μm，衰减相对较高，易于接续。一般光纤保护套用橙色表示。传输距离较短。•公司所用光纤大多为单模光纤：250μm，900μm。•光缆/松套管：￠2.0mm,￠3.0mm,通信光纤的种类Barefiber裸光纤250umfibercoating250um光纤涂层Fibercore光纤核心Fibercladding光纤包层250um光纤通信光纤的种类900um光纤Barefiber裸光纤Fibercore光纤核心Fibercladding光纤包层250umfibercoating250um光纤涂层900umbufferjacket900um缓冲保护Tefloncoating聚四氟乙烯涂层通信光纤的种类光缆注:Bufferedfiber:缓冲光纤Strengthmembers:加强组织--尼龙纤维（如Kevlar）Jacket:保护层ITU-T已经标准化的光纤有5种•G652光纤：用于1310μm，性能最佳。•G653光纤：•G654光纤：•G655光纤：非零色散位移单模光纤，用于高密度波分复用系统。•G657光纤：小弯曲半径光纤，主要应用于FTTH•松套光纤和紧套光纤光纤的选用1．多模光纤与单模光纤相比，多模光纤芯径大，便于接续；但其衰减系数大，带宽小，故目前多模光纤只适用于短距离、小用量的数据和模拟光信息传输。光纤的选用2．单模光纤（1）G.652光纤。G.652光纤特点是零色散波长在1.31μm，故其被称为常规单模光纤或非色散位移单模光纤。G.652光纤在1.31μm处衰减系数为0.35dB/km左右，在1.55μm处衰减系数为人0.20dB/km左右，但1.55μm处的色散系数大约为17~20ps/km.nm，从而限制了其在工作波长为1550nm系统中的传输速率和传输距离。光纤的选用2．单模光纤（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤芯中的光功率密度过大产生了非线性效应，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以上波分复用或密集波分复用系统中的应用。光纤的选用：2．单模光纤（3）G.654光纤是一种截止波长大于1310nm，专门用于1550nm波段（衰减最小窗口）的海底光纤通信系统用光纤。人们通过改变光纤的折射率分布来改变波导色散，从而使光纤的总色散在1550nm波长上为零，这样在1550nm波长上兼有最低衰减和最大宽带的G.653光纤。光纤的选用2．单模光纤（4）G.655光纤。G.655光纤特点是在1.530~1.565μm波长区为非零色散，故其称为非零色散位移光纤。G.655光纤解决G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以上波分复用中出现的非线性效应，特别是四波混频，所以其在10Gbit/s以上波分复用或密集波分复用的高速率、大容量、远距离光纤传输系统中得到极为广泛地应用。光纤的选用2．单模光纤（5）G.657光纤。小弯曲半径单模光纤。用于接入网的低弯曲损耗敏感单模光纤。G.657光纤具有卓越的抗弯曲性能，可以沿着建筑物内很小的拐角安装（象安装铜缆一样），能大幅度地降低运营商推广光纤到户（FTTH）项目的成本。光纤的选用2006年末，ITU-T制定新标准G.657光纤，它是一种接入网用弯曲不敏感单模光纤。目前根据ITU的标准，做了两种规格的解释CLASSA（15mm半径）和CLASSB（7.5mm半径）。这表明光纤通信界不仅关注长途干线网、城域网，对接入网也高度重视，FTTX提上日程。G.657.A光纤模场直径的指标与G.