光纖通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)32687

1、光纖的通信原理及基礎(chǔ)知識(shí)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)1.1 1.1 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理信號(hào)處理發(fā)送端信號(hào)處理接收端光波導(dǎo)第一章第一章 光纖、光纜的基本知識(shí)光纖、光纜的基本知識(shí)f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G1

2、00G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm紅外線紫外線X射線伽瑪射線光纖應(yīng)用范圍無(wú)線電電視衛(wèi)星LWKWMWUKWdmcm高頻微波低頻交流電直流電微波可見(jiàn)光電磁波譜頻譜分配頻譜分配光纖通信的基本原理光在傳輸過(guò)程中，在兩種不同的傳輸媒質(zhì)的界面將產(chǎn)生光在傳輸過(guò)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

3、射率折射率n1媒質(zhì)媒質(zhì)2 折射率折射率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1.01.00031.331.4571.4711.51.92.42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

4、們把此時(shí)的入射角稱為臨界角 0 。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

5、，從而達(dá)到長(zhǎng)距離傳輸?shù)哪康?。而達(dá)到長(zhǎng)距離傳輸?shù)哪康摹０鼘影鼘?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n1n2n0n0: 空氣中的折射率n1: 纖芯的折射率n2: 包層的折射率 0 0: 入射角, 和 sin0=n2/n1條件:涂涂 層層包包 層層纖芯纖芯光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類光纖通信的優(yōu)點(diǎn)光通信基本原理大容量大容量長(zhǎng)中繼距離長(zhǎng)中繼距離適應(yīng)能力強(qiáng)適應(yīng)能力強(qiáng)體積小，重量輕，便于安裝和維護(hù)體積小，重量輕，便于安裝和維護(hù)選材豐富，價(jià)格低選材豐富，價(jià)格低Raw material abundance, low pr

6、ice 保密性強(qiáng)保密性強(qiáng)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)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) acrylic) 250 250 m 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 纖芯纖芯 (SiO2+Ge+F) (摻鍺二氧化硅摻鍺二氧化硅)8.6-9.5 m 纖芯纖芯(聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 )980 m 包層包層

7、(SiO2+F)摻氟二氧化硅摻氟二氧化硅125 m 纖芯纖芯(摻鍺二氧化硅摻鍺二氧化硅)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)和分類光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類 G651多模光纖：多模光纖：工作波長(zhǎng)為工作波長(zhǎng)為850nm的的LAN用的多模光纖用的多模光纖 G652光纖：光纖：最佳工作波長(zhǎng)為最佳工作波長(zhǎng)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(zhǎng)在零色散波長(zhǎng)在1.55 m窗口的單模光

8、纖窗口的單模光纖 G654光纖：光纖：截止波長(zhǎng)在截止波長(zhǎng)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(zhǎng)區(qū)間內(nèi)色散不為零的色窗口給定波長(zhǎng)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 ：?jiǎn)涡诺绬涡诺拦饫w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，2

9、004.4爭(zhēng)取會(huì)議同意爭(zhēng)取會(huì)議同意)光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類G652光纖的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用1.G.652A：支持支持G.957規(guī)定的規(guī)定的SDH傳輸系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)，G.691規(guī)定規(guī)定的帶光放大的單通過(guò)路的帶光放大的單通過(guò)路STM-16（ 2.5Gbit/s ）的）的SDH傳傳輸系統(tǒng)，輸系統(tǒng)，G.693規(guī)定的規(guī)定的40km的的10Gbit/s以太網(wǎng)系統(tǒng)及以太網(wǎng)系統(tǒng)及STM-2562.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傳傳輸系統(tǒng)中直到輸系統(tǒng)中直到STM-64 （10Gbit/s），在），在G.693和和G.959.1中對(duì)于中

10、對(duì)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，光纖屬性類似，允許使用在允許使用在13601530nm擴(kuò)展波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展波長(zhǎng)范圍4.G.652D：與與G.652B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(zhǎng)范圍擴(kuò)展波長(zhǎng)范圍光纖的基本結(jié)構(gòu)和分類 長(zhǎng)距離應(yīng)用，發(fā)展方向是大有效面積色散平坦型長(zhǎng)距離應(yīng)用，發(fā)展方向是大有效面積色散平坦型G.655 城域網(wǎng)中，低水峰光纖（城域網(wǎng)中，低水峰光纖（ G.652C、 G.652D）有較大的應(yīng)用前景，）有較大的應(yīng)用前景，關(guān)鍵在價(jià)格，目前主關(guān)鍵在價(jià)格，目前主 要采用的是

11、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(chǎng)規(guī)模在下降，但仍繼續(xù)占主導(dǎo)地位）（目前市場(chǎng)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(chǎng)在逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)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)光纖的基本參數(shù)

12、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)光纖的基本參數(shù)dxdy光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)P0Pe下面下面: Pi 輸入功率輸入功率 Po 通過(guò)長(zhǎng)度為通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖后的輸出功率的光纖后的輸出功率 L 傳輸距離傳輸距離定義定義: Loss(dB)= -10lg(Pout/Pin)限制傳輸距離限制傳輸距離.固有損耗固有損耗: 瑞利散射, 材料反射 (紫外線輻射 & 紅外線吸收)外來(lái)?yè)p耗外來(lái)?yè)p耗: 吸收， 分離點(diǎn)損耗PiPoL光纖的光傳輸特性光纖的光傳輸特性衰減衰減 (dB/km)波長(zhǎng)波長(zhǎng)(nm)131015500.360.20OH-

13、吸收峰吸收峰(又稱為：水峰又稱為：水峰)光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)Theoretical 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)84-401200-818001400150016001700132nm4色散色散D(ps/(nmkm)波長(zhǎng)波長(zhǎng)(

14、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)光纖的基本參數(shù)PMD定義定義 定義定義: 減弱的波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的兩個(gè)線性偏振模的色散減弱的波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的兩個(gè)線性偏振模的色散 tPMD=Dpmd * L0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y21121nkxkn光纖的基本參數(shù) B 當(dāng)比特率大于當(dāng)比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必須考慮偏振模色散必須考慮. 降低光纖偏振模色散值降低光纖偏振模色散值: 改進(jìn)光纖的幾何形狀改進(jìn)光纖的幾何形狀 導(dǎo)致裸

15、纖的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致裸纖的旋轉(zhuǎn)2sGb2kmpsPMDkm =10 4PMD (ps/4 km)2.5 Gb/s10 Gb/s40 Gb/s3.0180kmllkmlkm1.01,600 km100 km6km0.56,400 km400 km25km0.240,000 km2,500 km156km光纖的基本參數(shù)固有和非固有的偏振模色散原因包層中心為橢圓包層中心為橢圓包層偏心包層偏心進(jìn)入氣體進(jìn)入氣體側(cè)壓側(cè)壓涂層橢圓涂層橢圓涂層偏心涂層偏心非固有原因非固有原因側(cè)壓側(cè)壓彎曲彎曲扭曲扭曲光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)ITU-T 關(guān)于光纖 的主 要規(guī)范1550nm1550nm131

16、0nm 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)-0.30.4dB/km典型衰 減系 數(shù)（1310nm)1252m1252m1252m包層直 徑ps/(nm.km)(15301565nm)ps/(nm.km)(15251575nm)ps/(nm.km)(15251575nm)最大色 散系 數(shù)-ps/(nm.km)(12881339nm)最大色 散系 數(shù)-ps/(nm2.kmps/(nm2.km零色散 斜率nm15001600nm13001324nm零色散 波長(zhǎng)nmnmnm2-22米長(zhǎng)跳 線光 纜截止 波長(zhǎng)cjnm-nm22米光 纜截 止波長(zhǎng)cc1m1m1m短于2米長(zhǎng)跳 線光 纜中光 纖截止波 長(zhǎng)c變化不 超過(guò)10%變化不超 過(guò)10%變化 不超 過(guò)10%模場(chǎng)同 心度 誤差811m78.3m8.69.5m模場(chǎng)直 徑（ 標(biāo)稱值 ）G655光纖G653光纖G652光纖光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)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)光纖的基本參