光纖傳輸原理簡介

1、光纖傳輸原理簡介物資技術(shù)資料光纖傳輸原理簡介一、光纖簡介光纖（Fibre）是光導(dǎo)纖維（Optical-fibre）的簡稱，具有把光封閉在其中并沿軸 向進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。光纖通信就是以光纖作為物理基礎(chǔ)而發(fā)展起來的以光波為 教頻、光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。二、光纖結(jié)構(gòu)光纖的典型結(jié)構(gòu)是由高純度SiO（二氧化硅）石英晶體2構(gòu)成的多層同軸圓柱體，自內(nèi)向外分別為纖芯、包層;其外依次為環(huán)氧樹脂或 硅橡膠構(gòu)成的涂覆層及緩沖層、套塑層。纖芯與包層中SiO晶體純度分別為兩個固定值，導(dǎo)致纖2芯的折射率與包層的折射率不同;通過使纖芯折射率大于包層折射率，從而確保光信號在光纖中以全反射方式沿光纖軸向傳播；涂覆

2、層（厚度通常為540微米）的作用為增強(qiáng)光纖的機(jī)械強(qiáng)度；緩沖層（厚度通常為100微米）的作用為布放光纖時降低外力沖擊強(qiáng)度；套塑層的作用是保護(hù)內(nèi)層材料免受機(jī)械磨損。下圖為光纖結(jié)構(gòu)及光信號傳播示意圖：第1頁共7頁物資技術(shù)資料O纖芯涂層外套（注意:上述描述是針對單根光纖（或尾纖的，該封裝方式只適合在有嚴(yán)格路由保護(hù)措施的機(jī)房內(nèi)布放使用；光傳輸系統(tǒng)的室外部份必須 采用光纜。光纜的封裝方式為數(shù)根、數(shù)十根光纖紐絞或疏松地置于特制的螺旋槽聚 乙烯支架（骨架）里，外纏塑料綁帶及鋁皮，再用復(fù)合材料護(hù)套封裝而成。一般在光 纜內(nèi)心處穿以鋼絲，以加強(qiáng)光纜抗拉性。）根據(jù)光纖橫截面上折射率的分布模式，光纖分為三大類:階躍型光

3、纖和梯度型 光纖、單模光纖。階躍型光纖的纖芯和包層折射率n、n分別為兩個固定12的值，且nn,因此屬于驟變型光纖;光線主要在纖芯與包12第2頁共7頁物資技術(shù)資料層界面上反射傳播（較大波長的光信號），部分經(jīng)纖芯與包層界面折射進(jìn)入包層 （較小波長的光信號）；隨著傳播路徑延伸，由于短波長光信號與長波長光信號的傳 播路由長度差距越來越加大，光波能量消耗的差距也越來越大。梯度型光纖的纖芯橫截面折射率分布呈關(guān)于纖芯原點(diǎn)對稱的漸變減小模式，但 纖芯、包層折射率仍有分界;光線絕大部分在纖芯內(nèi)按近似等幅正弦波的軌跡在部 以反射方式傳播，從而大大降低了因光線折射進(jìn)入包層導(dǎo)致傳播路由增大而產(chǎn)生的 光波能量損耗。單模

4、光纖為階躍型光纖的特殊衍生型，通過最大限度縮小纖芯半徑并加大纖芯 與包層折射率差距，使較長波長光信號完全在纖芯內(nèi)沿縱截面看按微幅折波軌跡反 射傳播，由于幅度微小（趨于0）,故近似沿光纖軸線按直線傳播，最大限度消除了 因光線反射造成路由增加而產(chǎn)生的能量損耗，而較短波長光信號則因基本折射進(jìn)入 包層而隨傳播路徑延伸被過濾消失。上述三種光纖，梯度型及階躍型一般用于多模光信號（近距離）傳輸，乂稱多模 光纖;單模光纖則只適合（長距離）傳輸單模光信號。單模光纖的芯徑小于多模光纖，由光纖外觀即可看出，。三、光信號傳輸原理第3頁共7頁物資技術(shù)資料1、光纖傳輸規(guī)律，相同條件下（即光源發(fā)光功率、纖芯及包層折射率一定

5、），纖 芯芯徑越小衰減越小，可傳輸距離越遠(yuǎn)，但對光波波長的過濾作用也越強(qiáng)。（注意:光纖的情況正好與電導(dǎo)體的情況相反，電導(dǎo)體截面越大，電阻越小，傳 輸路由上電功率衰耗越小。）2、解釋,（一）、從機(jī)械物理學(xué)觀點(diǎn)看纖徑越大，纖芯內(nèi)單次全反射所經(jīng)路徑越長，導(dǎo)致消耗于光纖介質(zhì)粒子振動的 光信號能量越大，從而當(dāng)光源發(fā)光功率恒定時，傳輸距離越短，反之，當(dāng)纖徑越 小，則必然傳輸距離越遠(yuǎn)；（二）、以電磁場原理進(jìn)行簡單定性分析光纖中電磁波的傳播通過光源的高頻微幅交變電磁場輻射引發(fā)光纖介質(zhì)中分子 內(nèi)部電子軌道同步共振變化（能量傳遞），大量分子受激分別形成電場及磁場場強(qiáng)矢 量;磁場場強(qiáng)矢量為軸向（沿光纖軸向），電場場

6、強(qiáng)矢量沿截平面分布（光源與光纖呈 平面對接且同軸向，光源固定沿軸向向光纖介質(zhì)輻射電磁波，磁場場強(qiáng)方向與光纖 軸向平行（同向、反向交替變化，從而光纖中光波的電磁場場強(qiáng)方向分布在截平 面上僅有環(huán)形（TE波）及TE波由順時針方向轉(zhuǎn)變?yōu)榉磿r針方向時形成的放射形分量 （TM波）兩種模式，稱為TEM波）兩種范疇的分量；當(dāng)纖徑越大，則纖芯截面越大， 介質(zhì)沿截平面分布的分子數(shù)量越多，則截平面場強(qiáng)分布面增大，場能消耗隨之增大; 當(dāng)光源輻射功率恒定時，將導(dǎo)致光纖軸向場強(qiáng)分布減弱，造成有效傳播（光第4頁共7頁物資技術(shù)資料功率在接收機(jī)靈敏度以上）距離縮短。該規(guī)律在理論分析中表現(xiàn)為波阻抗與纖 芯芯徑成正比。6同時，光波

7、傳播速度恒定（3義10公里/秒），根據(jù)T=、/V（T:光波周期，入： 光波波長，V:光波傳播速度），可知T與人成正比，即X越長T越長，而 f=1/T（f：光波場強(qiáng)變化頻率），從而入越短f越高，導(dǎo)致單位時間內(nèi)光纖截平 面上電場場強(qiáng)分布的模式轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)TM波的時長增大而加大信號衰減（TM波 模式的場強(qiáng)方向?yàn)榉派錉睿虼似鋱瞿茌椛鋽U(kuò)散進(jìn)入包層而被消耗）；由此可知，短 波長光信號的傳輸衰減大只能用于短距傳輸而長波長光信號的傳輸衰減小適于中、 長距傳輸。四、光傳輸模式介紹，光端口的模式共分兩種:單模和多模。為確保傳輸質(zhì)量，工程上要求單模口互 連使用單模光纖，多?？诨ミB使用多模光纖。多模光接口中心波長

8、850nm;一般有部分在可見光的紅光頻段的能量，因此對多 模光信號，肉眼可見紅光。單模光接口的中心波長有兩利i：1310nm和1550nm, 1310nm一般為短距、中距或 長距接口，1550所一般為長距、超長距接口。單模光信號都在紅外線頻段，為不 可見光。判斷光口單、多模式：1 .通過標(biāo)注的中心波長。中心波長850nm為多模，1310nm或1550nm為單模。第5頁共7頁物資技術(shù)資料2 .把光口的發(fā)射端激活，快速查看發(fā)射端是否有紅光發(fā)出，如有則為多模口， 否則為單模口。多模光纖的中心高折射率纖芯直徑有兩種型號：62. 5 um和50 um。多模使用50 um光纖時，可以傳遞550米，使用62

9、. 5 um光纖時，可以傳遞275米。單模光纖的中心高折射率纖芯直徑有三種型號：8um、9口111和10口111。單模有 多種型號，中心波長在1310nm的單模口傳輸距離有10Km、30Km. 40Km等，中心波 長在1550nm的單?？趥鬏斁嚯x有40Km、70Km. lOOKm等。實(shí)際傳輸距離取決于對應(yīng)型號光模塊的實(shí)際發(fā)射功率、光路上的傳輸衰減和光 口的接收靈敏度。發(fā)射功率的范圍：多模口發(fā)射功率比單?？谛?，一般在-9. 5dBm到-4dBm之間；單模光口的范圍一 般在OdBm左右，一些超長距接口會高達(dá)+5dBm。接收功率的范圍：多?？诮邮展β室话阍?20dBm到OdBm之間；單模在-23 dBm到OdBm之間。最大可接收功率（不燒壞收光板光口的功率上限）叫做過教光功率，最小可接收 功率（收光板光口對光信號的識別下限功