光通信基础知识

光通信光的基本特性光的基本特性•定义：光只是电磁波谱上的某一段频谱。光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。《维基百科》•特性：光是能量的一种传播方式。光源所以发出光，是因为光源中原子的运动。有三种方式：热运动、跃迁辐射或受激辐射。前者为生活中最常见的，比如电灯和火焰；后者多应用于激光。通信波段划分及相应传输媒介10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（m）电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤/无线激光卫星/微波AM无线电FM无线电频段划分传输介质光的物理特性•直线传输：光是直线运行的，也不需要任何介质（在引力场的影响下，光的传播路径会发生偏折，最显著的就是黑洞的影响）•反射：光线遇另一介质时入射光反回原介质的情形•折射：光从不同密度的介质穿过时发生的偏折现象为折射•全内反射：全内反射是光折射的一个特殊情况，当光线由密度较高的介质（光密）到密度较低的介质（光疏）且入射角大于临界时，即，则只有反射光线，没有折射光线，这现象是为全内反射，光纤就是应用这现象来运作反射折射反射与折射同时发生全反射视频光通信中波段光源光纤，损耗标志第一代850nmLEDMMF,3.6dB/km几十Mbit/s,几十km第二代1310nmLED,LDMMF,0.5dB/km140Mbit/s,20~50km第三代1310nmLED,LDSMF,0.5dB/km50km第四代1550nmLDSMF,0.2dB/km未来1550nmLDSMF,0.2dB/km相干光通信光端机结构（光收发器）FSK输入射频输入FSK输出射频输出CPUDCLDPD波分复用器激光器探测器射频信号射频信号数字信号光信号光信号485接口九芯座监控部分接口控制SMA-FEMALESMA-FEMALELNAALC1310/1550光纤接口1550FSK输入射频输入FSK输出射频输出CPUDCLDPD波分复用器激光器探测器射频信号射频信号数字信号光信号光信号485接口九芯座LNA监控部分接口控制SMA-FEMALESMA-FEMALELNAALC1310/1550光纤接口1310光纤双工器双工器基站天线LNAPA直放站(三)光缆1光纤（1）光纤的物理结构–包层的外径一般为125μm(一根头发平均100μm)，在包层外面是5~40m涂覆层，涂覆层的材料是环氧树脂或硅橡胶。–光纤的基本结构分三种：62.5/125、50/125、9/125。常用的62.5/125μm多模光纤，纤芯外径是62.5μm，加上包层后外径是125μm。纤芯和包层是不可分离的，纤芯与包层合起来组成裸光纤。1光纤（2）光纤的分类•从材料成分分类–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。1光纤（2）光纤的分类②按传输模式分类–按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤–所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器作为光源，多模光纤则采用发光二极管作为光源。–多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此，多模光纤的芯线粗、传输速度低、距离短、整体的传输性能差，但其成本比较低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境。–单模光纤只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细、传输频带宽、容量大、传输距离长，但因其需要激光源，故成本较高，通常在建筑物之间或地域分散时使用。1光纤（2）光纤的分类②按传输模式分类–单模光纤（SingleModeFiber，SMF）的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽且传输容量大。光信号可以沿着光纤的轴向传播，因此光信号的损耗很小，离散也很小，传播的距离较远。单模光纤PMD规范建议芯径为8～10µm，包层直径为125µm。在导入波长上分单模1 310 nm和1 550nm（常用）。–多模光纤（MultiModeFiber，MMF）是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。多模光纤的纤芯直径一般为50～200µm，而包层直径的变化范围为125～230µm。国内计算机网络一般采用的纤芯直径为62.5µm，包层为125µm，也就是通常所说的62.5µm。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。在导入波长上多模850 nm和1 300 nm（常用）。1光纤（2）光纤的分类②按传输模式分类单模光纤和多模光纤的特性比较比较项目单模光纤多模光纤速度高速度低速度距离长距离短距离成本成本高成本低其他性能窄芯线，需要激光源，聚光好，耗散极小，高效宽芯线，耗散大，低效1光纤（3）光纤通信系统组成1光纤（2）光纤的分类③按工作波长分–光纤传输的是光波。光的波长范围为：可见光部分波长为390--760nm(毫微米),大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤通信中应用的红外光。–按光纤的工作波长分类，有短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。多模光纤的工作波长为短波长850nm和长波长1300nm，单模光纤的工作波长为长波长1310nm和超长波长1550nm。2光缆•光纤传输系统中直接使用的是光缆而不是光纤。•光纤最外面常有100μm厚的缓冲层或套塑层，套塑层的材料大都采用尼龙、聚乙烯或聚丙烯等塑料。套塑后的光纤（称为芯线）还不能在工程中使用，必须把若干根光纤疏松地置于特制的塑料绑带或铝皮内，再被涂覆塑料或用钢带铠装，加上外护套后才成光缆。•光缆中有1根光纤（单芯）、2根光纤（双芯）、4根光纤、6根光纤、甚至更多光纤的（48根光纤、1000根光纤等），一般单芯光缆和双芯光缆用于光纤跳线，多芯光缆用于室内室外的综合布线。•缓冲层有松缓冲层（loosetube）和紧缓冲层两种2光缆单芯光缆结构图多芯光缆结构图（1）室内光缆•室内紧护套型光缆（1）室内光缆•室内/外铠装光缆（2）室外光缆①室外松护套全干式光缆②室外松套管充油式光缆(凝胶填充缓冲护套）（2）室外光缆③室外中心套管光缆（四）光纤连接器件1光纤配线设备–光纤配线设备是光缆与光通信设备之间的配线连接设备，用于光纤通信系统中光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的熔接、跳线、分配和调度等功能。–光纤配线设备有机架式光纤配线架、挂墙式光纤配线盒、光纤接续盒和光纤配线箱等类型，可根据光纤数量和用途加以选择公安业务常用光通信拓扑室外终端传输光路由及汇接室内光终端室内配线（四）光纤连接器件1室外终端配线盒壁挂式室内箱机架式室内箱（四）光纤连接器件1光纤接继光纤接续盒1光纤接继分光器(PON)（四）光纤连接器件1光纤接继光纤跳接箱（四）光纤连接器件1室内光纤配线设备大型光纤配线箱光铜合一配线架1室内光纤配线设备机架式ODF2光纤连接器（FiberConnector）•光纤连接器按连接头结构可分为：SC、ST、FC、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种型式；•按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC型；•按光纤芯数分还有单芯、多芯（如MT-RJ）型光纤连接器之分•传统主流的光纤连接器品种是SC型（直插式）和ST型（卡扣式）、FC型（螺纹连接式）3种•小型化（SFF）光纤连接器是满足用户对连接器小型化、高密度连接的使用要求而开发出来的。它占有的空间只相当传统ST和SC连接器的一半•SFF光纤连接器有四种类型：美国朗讯公司开发的LC型连接器、日本NTT公司开发的MU型连接器、美国TycoElectronics和Siecor公司联合开发的MT-RJ型连接器、3M公司开发的VolitionVF－45型连接器等。2光纤连接器（FiberConnector）SC、ST、FC光纤连接器LC型光纤连接器2光纤连接器（FiberConnector）3光纤适配器（耦合器）各种接口类型的光纤适配器板6光纤适配器模块和光纤面板