光纖通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)V10

1、0光纖的通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)部1第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)2f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.

2、1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm紅外線紫外線X射線伽瑪射線光纖應(yīng)用范圍無線電電視衛(wèi)星LWKWMWUKWdmcm高頻微波低頻交流電直流電微波可見光電磁波譜頻譜分配頻譜分配光纖通信的基本原理3信號(hào)處理發(fā)送端信號(hào)處理接收端光波導(dǎo)光通信的基本原理光通信的基本原理光纖通信的基本原理4光光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質(zhì)的界面將產(chǎn)生在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質(zhì)的界面將產(chǎn)生以下行為以下行為：一部分入射光將被反射一部分入射光將被反射 一部分入射光將進(jìn)入第二種媒質(zhì)，并產(chǎn)生一部分入射光將進(jìn)入第二種媒質(zhì)，并產(chǎn)生折射折射媒質(zhì)媒質(zhì)1 折射率折射率n1媒質(zhì)媒質(zhì)2 折射率

3、折射率n2 入射光線反射光線12 1= 2n1Sin 1=n2Sin 2媒質(zhì)媒質(zhì)1 折射率折射率n1媒質(zhì)媒質(zhì)2 折射率折射率n2 入射光線12折射光線光的反射和折射定律光的反射和折射定律光纖通信的基本原理5折射率折射率 n n光在真空中的傳播速度光在真空中的傳播速度/ /光在該媒質(zhì)中的傳播速度光在該媒質(zhì)中的傳播速度1.01.00031.331.4571.472全反射：全反射： 當(dāng)當(dāng)n1n2時(shí)，隨著入射角的不斷增加，在入射角達(dá)到某一值時(shí)，折射時(shí)，隨著入射角的不斷增加，在入射角達(dá)到某一值時(shí)，折射角達(dá)到角達(dá)到90oC，我們把此時(shí)的入射角稱為臨界角，我們把此時(shí)的入射角稱為臨界角 0

4、 。當(dāng)入射角大于臨界角。當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，將發(fā)生全反射。時(shí)，將發(fā)生全反射。媒質(zhì)媒質(zhì)1媒質(zhì)媒質(zhì)2根據(jù)折射定律，我根據(jù)折射定律，我們可以求出臨界角，們可以求出臨界角，此時(shí)此時(shí) 290o。即。即n1Sin 0=n2Sin90o所以所以 Sin 0=n2/n1媒質(zhì)媒質(zhì)折射率折射率真空真空空氣空氣水水多模光纖多模光纖單模光纖單模光纖玻璃玻璃鉆石鉆石光的全反射定律光的全反射定律光纖通信的基本原理6光通信正是利用了全反射原理，當(dāng)光的注入角滿足一光通信正是利用了全反射原理，當(dāng)光的注入角滿足一定條件時(shí)，光便能在光纖定條件時(shí)，光便能在光纖(光波導(dǎo)光波導(dǎo))內(nèi)形成全反射，從內(nèi)形成全反射，從而達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康摹?/p>

5、而達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康?。包層包?n2纖芯纖芯 n1光纖中光纖中心軸線心軸線 090- 0 包層包層 n2空氣 n0 1光纖的導(dǎo)光原理光纖的導(dǎo)光原理光纖通信的基本原理7 Very small signal loss Impervious to electromagnetic More safety Easy for operation Large capacity1Mb/s=1 ,000,000bits per second2Mb/s= 30 lines565Mb/s= 7680 lines光纖通信的優(yōu)點(diǎn)光通信基本原理8第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本

6、結(jié)構(gòu)和分類光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)9光纖的結(jié)構(gòu)及組成光纖的結(jié)構(gòu)及組成 涂層 力學(xué)影響的防護(hù)涂層(acrylic) 250 m 涂層 250 m 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)梯度折射率分布多模光纖標(biāo)準(zhǔn)梯度折射率分布多模光纖 纖芯 (SiO2+Ge+F) (摻鍺二氧化硅)8.6-9.5 m 纖芯(聚甲基丙烯酸甲酯 )980 m 包層(SiO2+F)摻氟二氧化硅125 m 纖芯(摻鍺二氧化硅)50 m / 62.5 m / 100 m涂層 1000 m 塑料光纖塑料光纖光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類10涂涂

7、 層層包包 層層纖芯纖芯光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類11PCVD fiber:Core: SiO2+Ge+FCladding: SiO2+FPri. Coating: acrylicSec.Coating: acrylicCoreCladdingCoating光纖的組成光纖的組成光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類12光折射率分布Refractive index distributionn2n1n2n1n2n1光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類13光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類14光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類15光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類16 G651多模光纖：多模光纖：工作波長為工作波長為850nm的的LAN用的多模光纖用的多模光纖 G652光纖：光纖

8、：最佳工作波長為最佳工作波長為1310nm的單模光纖的單模光纖： G652A G652B:標(biāo)準(zhǔn)光纖標(biāo)準(zhǔn)光纖 G652C G652D：低水峰（全：低水峰（全波波 ）光纖光纖 G653光纖：光纖：零色散波長在零色散波長在1.55 m窗口的單模光纖窗口的單模光纖 G654光纖：光纖：截止波長在截止波長在1500 nm的海底應(yīng)用單模光纖的海底應(yīng)用單模光纖,又稱為最低又稱為最低 衰減單衰減單 模光纖模光纖 G655光纖：光纖：在在1550nm窗口給定波長區(qū)間內(nèi)色散不為零的色窗口給定波長區(qū)間內(nèi)色散不為零的色 散位移單模散位移單模光纖，光纖， 稱為非零色散位移光纖稱為非零色散位移光纖 G655A ：單信道單

9、信道光纖光纖(1995) G655B、 G655C ：DWDM光纖光纖(2000.10,2003.1) G656光纖：光纖：使用于使用于DWDM 系統(tǒng)系統(tǒng)S+C+L波帶的非零色散位移光纖波帶的非零色散位移光纖 (2003.10提出，提出，2004.4爭取會(huì)議同意爭取會(huì)議同意)光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類17光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類181.分類分類 2003年年1月月20日日31日，日，ITU-T15組根據(jù)光纖支持的應(yīng)用對(duì)組根據(jù)光纖支持的應(yīng)用對(duì)PMD的要求和的要求和1383nm的衰減的要求將的衰減的要求將G.652光纖進(jìn)一步細(xì)分為：光纖進(jìn)一步細(xì)分為：4種，即種，即G.652A 、G.652B、 G.652C

10、 、G.652D2.特點(diǎn)特點(diǎn) 1.G.652B、 G.652C 、G.652D可以工作在可以工作在L波帶波帶 2.G.652A 、 G.652C 光纖光纖PMD系數(shù)鏈路最大設(shè)計(jì)值系數(shù)鏈路最大設(shè)計(jì)值 PMDQ為為0.5ps/km， G.652B、 G.652D光纖光纖PMD系數(shù)鏈路最大設(shè)計(jì)值系數(shù)鏈路最大設(shè)計(jì)值PMDQ為為0.2ps/kmG652光纖的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類19 3.應(yīng)用應(yīng)用 1.G.652A：支持支持G.957規(guī)定的規(guī)定的SDH傳輸傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)，G.691規(guī)定的帶光放大的單通過路規(guī)定的帶光放大的單通過路STM-16（ 2.5Gbit/s ）的）的SDH傳輸系統(tǒng)，傳

11、輸系統(tǒng)，G.693規(guī)定的規(guī)定的40km的的10Gbit/s以太網(wǎng)系以太網(wǎng)系統(tǒng)及統(tǒng)及STM-256 2.G.652B：主要支持更高速率主要支持更高速率 ，例如，例如G.691和和G.692傳輸系統(tǒng)中直到傳輸系統(tǒng)中直到STM-64 （10Gbit/s），在），在G.693和和G.959.1中對(duì)中對(duì)于于STM-256的某些應(yīng)用的某些應(yīng)用 3.G.652C（低水峰光纖）（低水峰光纖） ：與與G.652A光纖屬性類似，允許使用在光纖屬性類似，允許使用在13601530nm擴(kuò)展波長范圍擴(kuò)展波長范圍 4.G.652D：與與G.652B光纖屬性類似，允光纖屬性類似，允許使用在許使用在13601530nm擴(kuò)展波

12、長范圍擴(kuò)展波長范圍G652光纖的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類20G655光纖的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用1.分類分類 2003年年1月月20日日31日，日，ITU-T15組根據(jù)光纖的組根據(jù)光纖的PMD的要求和的要求和色散特性的要求區(qū)分將色散特性的要求區(qū)分將G.655光纖進(jìn)一步細(xì)分為：光纖進(jìn)一步細(xì)分為：3種，即種，即G.655A 、G.655B、 G.655C2.特點(diǎn)特點(diǎn)光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類21G655光纖的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用3.應(yīng)用應(yīng)用 G.655A ：主要支持：主要支持G.691、 G. 692、 G. 693和和G. 959.1應(yīng)用，對(duì)于應(yīng)用，對(duì)于G. 692 應(yīng)用，根據(jù)通道波長和規(guī)定的色散特

13、性，限制最大的注入功率，應(yīng)用，根據(jù)通道波長和規(guī)定的色散特性，限制最大的注入功率，典型的最小通道間隔不小于典型的最小通道間隔不小于200GHz G.655B：主要支持：主要支持G.691、 G. 692、 G. 693和和G. 959.1應(yīng)用，對(duì)于應(yīng)用，對(duì)于G. 692 應(yīng)用的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，根據(jù)通道波長和規(guī)定的色散特性，最應(yīng)用的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，根據(jù)通道波長和規(guī)定的色散特性，最大的總注入功率比大的總注入功率比G.655A 光纖容許的高，典型的最小通道間隔光纖容許的高，典型的最小通道間隔100GHz或者更小或者更小 G.655C：屬性與：屬性與G.655B光纖相似，但是光纖相似，但是G

14、.655C 光纖對(duì)光纖對(duì)PMD要求更要求更嚴(yán)格，允許嚴(yán)格，允許STM-64系統(tǒng)傳輸距離超過系統(tǒng)傳輸距離超過400km和和G.959.1 STM-256的應(yīng)用的應(yīng)用 光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類22 長距離應(yīng)用，大有效面積色散平坦型長距離應(yīng)用，大有效面積色散平坦型G.655是發(fā)展方向是發(fā)展方向 城域網(wǎng)中，低水峰光纖有較大的應(yīng)用前景，關(guān)鍵在價(jià)格，目前主城域網(wǎng)中，低水峰光纖有較大的應(yīng)用前景，關(guān)鍵在價(jià)格，目前主 要采用的是要采用的是G.652A、 G.652B光纖光纖 接入網(wǎng)中將主要應(yīng)用接入網(wǎng)中將主要應(yīng)用G.652光纖，光纖，其發(fā)展前景仍被很多專家看好其發(fā)展前景仍被很多專家看好 （目前市場規(guī)模在下降，但仍繼續(xù)

15、占主導(dǎo)地位）（目前市場規(guī)模在下降，但仍繼續(xù)占主導(dǎo)地位） LAN中將主要應(yīng)用多模光纖，芯徑逐漸由中將主要應(yīng)用多模光纖，芯徑逐漸由62.5 m向向50 m發(fā)發(fā) 展，展，市場在逐漸擴(kuò)大市場在逐漸擴(kuò)大 室內(nèi)布線將向塑料光纖發(fā)展室內(nèi)布線將向塑料光纖發(fā)展 光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類23 核心網(wǎng)城域網(wǎng)接入網(wǎng)A1a、A1b 適用G.652B 可用 適用 可用G.652CG.652D 可用 適用G.655BG.655C 適用可用光纖種類光纖種類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類24第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本結(jié)構(gòu)及分類光纖的基本結(jié)構(gòu)及分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖

16、的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)25光纖的基本參數(shù)26dxdy光纖的基本參數(shù)27光纖的基本參數(shù)28光纖的基本參數(shù)29Definition: Power lower downto 0.135Po.MFD related to wavelengthSplice loss mostly dependedby MFD mismatchMFD can influence bendingloss, Dispersion and etc.Sales strategy: select fiberwith MFD matched well光纖的基本參數(shù)30Defini

17、tion: Loss(dB)=-10lg(Pout/Pin)Limited the transmission distance.Intrinsic losses: Rayleigh scattering, Material resonance (Ultraviolet & Infrared Absorption)Extrinsic losses: Absorption, Bending lossesP0PLL光纖的基本參數(shù)31衰減衰減 (dB/km)波長波長(nm)131015500.360.20OH-吸收峰吸收峰(又稱為：水峰又稱為：水峰)光纖的基本參數(shù)32光纖的基本參數(shù)33Theo

18、retical max distance limited by the dispersion2sGbkmnmpsDkmL/Bcapacity1550nm(G.652)1550nm(G.655)1310nm(G.652)2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km70kml00km40Gb/s3.6km18km25km=10 5光纖的基本參數(shù)3484-401200-818001400150016001700132nm4色散色散D(ps/(nmkm)波長波長(nm)1非色散位移光纖非色散位移光纖2色散位移光纖色散位移光纖3色散平坦

19、光纖色散平坦光纖4 非零色散位移光纖非零色散位移光纖光纖的基本參數(shù)35光纖的基本參數(shù)36Cut-off wavelengthDefinition:2na / V 2 Power in cladding vs VV=2.405, single mode.working wavelength must bigger than cutoff.power in cladding.bending loss sensitive.Fiber theoretical cutoff.fiber effective cutoff (2m).cable cutoff.MAC: MFD/Cutoff光纖的基本參數(shù)37

20、光纖的基本參數(shù)38光纖的基本參數(shù)39PMD定義定義 Definition: dispersion of the two linear-polarized modes caused by imperfect waveguide structure tPMD=Dpmd * L0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y21121nkxkn光纖的基本參數(shù)40Theoretical max distance limited by the dispersion B When the Bit rate exceed 10Gb/s, the PMD

21、 must be considered. Reduce fiber PMD value: improve fiber geometry performance induce rotation to bare fiber2sGb2kmpsPMDkm =10 4PMD (ps/4 km)2.5 Gb/s10 Gb/s40 Gb/s3.0180kmllkmlkm101,600 km100 km6km0.56,400 km400 km25km0.240,000 km2,500 km156KM光纖的基本參數(shù)41Intrinsic and extrinsic reasons of PMD ellipticalCladding core eccentriccladdingairvoidstressellipticalcoatingeccentriccoatingExtrinsic Causesstressbendtwist光纖的基本參數(shù)42光纖的基本參數(shù)43ITU-T 關(guān)于光纖 的主 要規(guī)范1550nm1550nm1310nm 和1550nm適用工 作窗 口5dB5dB1dB1550nm的微 彎衰 耗0.190.25dB/km0.190.25dB/km0.170.25dB/km典型衰 減系 數(shù)（1550nm)-0.30.