光接入网基本知识

长期战略合作伙伴Long-termstrategicpartnership2013家庭宽带装维管理员训练营第一期中国通信服务安徽公司培训分公司1、概述2、通信用光纤3、常用的光器件4.光纤接续中国通信服务安徽公司培训分公司光的本质我们日常生活中的可见光的波长为390nm—760nm。光纤通信所用的光波长范围在800－1600nm的近红外区。光波是一种电磁波，光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动（振动）。中国通信服务安徽公司培训分公司光纤通信－光纤传输的本质•属于有线通信•以光波为载频，以光导纤维为介质的通信方式光纤通信定义中国通信服务安徽公司培训分公司光纤通信简史1966年，高锟提出光通信概念1970年，实验室制出第一条多模光纤，衰耗为20dB/KM1976年，发现1310和1550两个低衰耗窗口1980年，光纤在1550窗口的衰减系数已降到0.2dB/KM1981年，光纤通信开始大规模商用，速率从45M到目前的400Gb/s光纤通信原理中国通信服务安徽公司培训分公司光纤通信优点•光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信方式，其载波—光波—具有很高的频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信容量。通信容量大•光纤具有极低的传输衰耗系数，若配以适当的光发送设备和光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。这是传统的电缆（1.5KM）、微波（50M）等根本无法与之比拟的。传输距离长•光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光泄露出去，因此其保密性能极好。保密性能好中国通信服务安徽公司培训分公司•适应能力强是指光传输中不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等。适应能力强•光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底敷设和架空。体积小、重量轻、便于施工维护•制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅既石英砂，在大自然中的含量几乎是取之不尽、用之不竭的，规模生产后价格低廉，并且替代了铜缆以后，节省了有色金属资源。原材料来源丰富，价格低廉光纤通信优点中国通信服务安徽公司培训分公司1、质地脆，机械强度差。2、光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。3、分路、耦合不灵活。4、光纤光缆的弯曲半径不能过小光纤通信缺点中国通信服务安徽公司培训分公司1、概述2、通信用光纤3、常用的光器件4.光纤接续中国通信服务安徽公司培训分公司光纤作为光纤通信系统的物理传输媒介，有着巨大的优越性。本单元首先介绍光纤的导光原理，然后介绍光纤结构与类型的，最后简要介绍几何特性、光学特性、传输特性。中国通信服务安徽公司培训分公司1.光纤如何导光的？2.光纤是什么结构？3.光在光纤中如何传播？4.光纤有什么特性？5.光纤的分类有哪些？与光纤有关的问题中国通信服务安徽公司培训分公司•光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为：v=c/n式中：c＝3×108m/s，是光在真空中的传播速度；n是介质的折射率。•常见物质的折射率：空气1.003；水1.33；玻璃(SiO2)1.52～1.89；钻石2.42；硅3.5•折射率大的媒介称为光密媒介，反之称为光疏媒介•光在不同的介质中传输速度不同光纤的导光原理中国通信服务安徽公司培训分公司纤芯n1包层n2n1n2θ1θ2θ3入射折射反射纤芯n1包层n2n1n2θ1入射折射全反射条件：纤芯折射率n1大于包层折射率n2入射角大于等于全反射的临界角入射角θ1=临界角入射角θ1临界角纤芯n1包层n2n1n2θ1入射反射入射角θ1临界角光纤的导光原理中国通信服务安徽公司培训分公司通信用光纤的主要成分是高纯度石英，掺杂剂用于改变折射率。纤芯包层一次涂敷层（硅酮树脂或聚氨基甲酸乙脂）1.5cm125um9-50um二次涂敷层（尼龙或聚乙烯）（增加机械性能和弯曲性）光纤的结构中国通信服务安徽公司培训分公司光纤的结构光纤是由纤芯、包层、涂覆层和护套构成的一种同心圆柱体结构纤芯包层涂覆层纤芯：折射率较高，用来传送光包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤中国通信服务安徽公司培训分公司1.按传输模式的数量分类按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤(Multi-ModeFiber，MMF)和单模光纤(SingleModeFiber，SMF)。多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数决定的，判断一根光纤是不是单模传输，除了光纤自身的结构参数外，还与光纤中传输的光波长有关。光纤的类别——模式中国通信服务安徽公司培训分公司•多模光纤：顾名思义，多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。•优点：芯径大，容易注入光功率，可以使用LED作为光源•缺点：存在模间色散，只能用于短距离传输模间色散：每个模式在光纤中传播速度不同，导致光脉冲在不同模式下的能量到达目的的时间不同，造成脉冲展宽。光纤的类别——模式中国通信服务安徽公司培训分公司•单模光纤：只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。•优点：单模光纤只能传输基模(最低阶模)，它不存在模间时延差，因此它具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速长途传输是非常重要的。•缺点：芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使用半导体激光器激励。光纤的类别——模式中国通信服务安徽公司培训分公司单模光纤和多模光纤几何尺寸当光纤的几何尺寸（主要是芯径d）远大于光波波长时（约1μm），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，即多模传输。当光纤的几何尺寸（主要是芯径d）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d在4μm～10μm范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，即单模传输。其余的高次模全部截止。光纤的类别——模式中国通信服务安徽公司培训分公司2.按光纤截面上折射率分布分类按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤(Step-IndexFiber，SIF)和渐变型光纤(Graded-IndexFiber，GIF)，其折射率分布如图所示。光纤的类别——折射率分布中国通信服务安徽公司培训分公司光纤的类别——折射率分布中国通信服务安徽公司培训分公司阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常数n1的纤芯和折射率为常数n2的包层组成，并且n1n2,n1=1.463~1.467,n2=1.45~1.46。渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的增加而递减直到等于包层的折射率。光纤的类别——折射率分布中国通信服务安徽公司培训分公司光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图所示。光在阶跃折射率多模光纤中的传播光在渐变折射率多模光纤中的传播光纤的类别——折射率分布中国通信服务安徽公司培训分公司按套塑可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。3.光纤的类别——套塑(二次涂覆层)中国通信服务安徽公司培训分公司4.按光纤的工作波长分类按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。短波长光纤的波长为0.85μm（0.8μm～0.9μm）长波长光纤的波长为1.3μm～1.6μm，主要有1.31μm和1.55μm两个窗口。光纤的类别——工作波长中国通信服务安徽公司培训分公司光纤的类别——文号按ITU-T或IEC文号分类•G.651多模光纤•G.652零色散点在1300nm波长左右的单模光纤•G.653零色散点在1550nm波长左右的单模光纤•G.654截止波长位移单模光纤•G.655非零色散位移单模光纤•G.656宽带光传送的非零色散光纤•G.657接入网用弯曲衰减不敏感单模光纤目前使用最为广泛中国通信服务安徽公司培训分公司1、光纤的几何特性芯直径包层直径同心度不圆度翘曲度光纤的特性中国通信服务安徽公司培训分公司光纤的制造技术选材的准则：1.能拉长、拉细、具有一定的柔韧性、可卷绕性2.在特定波长损耗低3.能使纤芯的折射率略高于包层，满足波导条件按材料分类：1.无源玻璃纤维2.有源玻璃纤维3.塑料纤维光纤的特性中国通信服务安徽公司培训分公司两种基本方法1.直接熔化法：按传统制造玻璃的工艺将处在熔融状态的石英玻璃的直接制成光纤。2.汽相氧化法：-高纯度金属卤化物(如SiCl4和GeCl4)与氧反应生成SiO2微粒-(通过四种不同的方法)将微粒收集在玻璃容器的表面-烧结(在尚未熔化的状态将SiO2转化成玻璃体)制成预制棒-拉丝成纤光纤的制造技术光纤的特性中国通信服务安徽公司培训分公司1.折射率分布2.最大理论数值孔径3.模场直径及4.截至波长光纤的光学特性中国通信服务安徽公司培训分公司光纤折射率分布，可用下式表示：11(/)dnnra其中，n1为纤芯折射率，n2为包层折射率，a为芯半径，r为离开纤芯中心的径向距离，d为折射率分布指数，Δ为相对折射率差，Δ=(n1−n2)/n1。多模光纤的折射率分布，决定光纤带宽和连接损耗。单模光纤的折射率分布，决定工作波长的选择。12(1)nnnrara光纤的光学特性——折射率分布中国通信服务安徽公司培训分公司折射光线n光线在光纤纤芯包层界面处全反射的最小入射角满足：12sinnn空气的最大入射角满足：222111)2sin(sinsinnnnnn所有以小于最大入射角投射到光纤端面的光线都将进入纤芯，并在纤芯包层界面处发生全反射。光纤的光学特性——最大入射角中国通信服务安徽公司培训分公司最大理论数值孔径的定义为：2/12221max)(nnNA其中，n1为阶跃光纤均匀纤芯的折射率（梯度光纤为纤芯中心的最大折射率），n2为均匀包层的折射率。D=(n2–n1)/n1为纤芯包层相对折射率差。光纤的数值孔径（NA）是一个小于1的无量纲的数，其值通常在0.14到0.50之间。数值孔径对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲的敏感性以及带宽有着密切的关系，数值孔径大有利于光耦合。但是数值孔径太大会引起光纤的非线性效应。光纤的光学特性——最大理论数值孔径（阶跃光纤）中国通信服务安徽公司培训分公司模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度的参量。有效面积与模场直径的物理意义相同，通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比降低，影响系统性能。因此，对于传输光纤而言，模场直径（或有效面积）越大越好。光纤的光学特性——模场直径和有效面积中国通信服务安徽公司培训分公司模场直径示意图光纤的光学特性——模场直径和有效面积中国通信服务安徽公司培训分公司理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步。注意：在通信链路中系统的工作波长要大于截至波长。G.652截止波长1260nmG.655截止波长1480nm光纤的光学特性——截止波长中国通信服务安徽公司培训分公司1.光纤的损耗特性（1）吸收损耗：光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。（2）散射损耗：散射中最重要的是瑞利散射，它是由于材料的不均匀使光散射而引起的损耗。（3）弯曲损耗：光纤的弯曲会引起辐射损耗。（4）光纤的衰减系数：是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，dB/km。决定光纤衰减常数的损耗是吸收损耗和散射损耗。光纤的传输特性中国通信服务安徽公司培训分公司0.70.80.91.01.11.21.31.41.5普通单模光纤的衰减随波长变化示意图第一窗口第二窗口波长——λ（μm）6543210。40。2第三窗口C波段1525~1562nm1.571.62L波段1565~1610nm光纤的传输特性中国通信服务安徽公司培训分公司0.85um窗口2.5dB/km。1.31um窗口0.35dB/km。1.55um窗口0.20