光傳輸設(shè)備 光纖傳輸

1、信息工程系項(xiàng)目一、光纖通信技術(shù)4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設(shè)備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展史 新課導(dǎo)入思考1：什么是光傳輸設(shè)備？ 光傳輸設(shè)備就是把各種各樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在光纖上傳輸?shù)脑O(shè)備，因此現(xiàn)代光傳輸設(shè)備都要用到光纖。 常用的光傳輸設(shè)備有：光端機(jī)，光MODEM，光纖收發(fā)器，光交換機(jī)，PDH，SDH、PTN等類型的設(shè)備。 一般而言，光傳輸設(shè)備都有傳輸距離較遠(yuǎn)，信號(hào)不容易丟失，波形不容易失真等特點(diǎn)，可用于各種場(chǎng)所。所以越來(lái)越多場(chǎng)所都使用光傳輸設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備。 思考2：光傳輸設(shè)備行業(yè)的發(fā)展方向有哪些？ (1)3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中基站、控制器、遠(yuǎn)端射頻單元(RRU)之間的光

2、通信承載。 (2)寬帶接入推行“光進(jìn)銅退”，光纖寬帶接入(FTTB/FTTH)。 (3)廣播有線電視網(wǎng)從單向傳輸?shù)耐S電纜向?yàn)槌休d視頻和寬帶數(shù)據(jù)而進(jìn)行雙向改造，以及長(zhǎng)期的下一代廣播電視網(wǎng)升級(jí)(NGB)。 (4)以軟交換為核心，能提供話音、視頻和數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)的下一代寬帶互聯(lián)網(wǎng)(NGN)，以及普及“物-物”通信的物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。 (5)此外，“平安城市”建設(shè)帶動(dòng)的視頻監(jiān)控、“無(wú)線城市”帶動(dòng)的WiFi無(wú)線接入。項(xiàng)目一、光傳輸?shù)钠胀I(yè)務(wù)配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設(shè)備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展史1)光纖通信？ 光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳

3、至另一處的通信方式，被稱之為“有線”光通信。當(dāng)今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。2）光纖通信的發(fā)展簡(jiǎn)史早期的光通信烽火臺(tái)、信號(hào)燈光電話紅寶石激光器、氦氖激光器 高錕、用于光頻的光纖表面波導(dǎo)康寧玻璃公司、超低損耗光纖日本&蘇聯(lián)、半導(dǎo)體激光器第一、二、三、四、五代光纖通信系統(tǒng)現(xiàn)代光纖通信自行閱讀：1.我國(guó)研究光纖通信的現(xiàn)狀？（P34) 2.光纖通信的四個(gè)發(fā)展階段？項(xiàng)目一、光傳輸?shù)钠胀I(yè)務(wù)配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設(shè)備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展史任務(wù)二、光纖通信設(shè)備的組成部分1.光發(fā)信機(jī) 光發(fā)

4、信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來(lái)自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。2.光收信機(jī) 光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 它由光檢測(cè)器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后，再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機(jī)去。3、中繼器 中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖近行政性。4、光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件由于光

5、纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì)光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件的使用是必不可少的。項(xiàng)目一、光傳輸?shù)钠胀I(yè)務(wù)配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設(shè)備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展史1）光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1.頻帶寬，通信容量大。 光纖可利用的帶寬約為50000GHz，一對(duì)光纖能同時(shí)傳輸24192路電話，2.4Gb/s系統(tǒng)，能同時(shí)傳輸30000多路電話。 2.損耗低，中繼距離長(zhǎng)。 由于光纖的損耗低，所以能實(shí)現(xiàn)中繼距離長(zhǎng)，由石英光

6、纖組成的光纖通信系統(tǒng)最大中繼距離可達(dá)200多千米。 3.抗電磁干擾。 光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也不受電氣化鐵路饋電線和高壓設(shè)備等工業(yè)電器的干擾。 4.無(wú)串音干擾，保密性好。 在光纜外面，也無(wú)法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?5.光纖線徑細(xì)、重量輕、柔軟。 光纖的芯徑很細(xì)，約為0.1mm，它只有單管同軸電纜的百分之一；光纜的直徑也很小。 6.光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料。 光纖的材料主要是石英(二氣化硅)，地球上有取之不盡用之不竭的原材料。 事物都是一分為二的，光纖通信也存在以下缺點(diǎn)： （1）抗拉強(qiáng)度低 由于光纖在生產(chǎn)過(guò)程中表面存在或

7、產(chǎn)生微裂痕，光纖受拉時(shí)應(yīng)力全都加于此，從而使光纖的實(shí)際抗拉強(qiáng)度非常低。 （2）光纖連接困難 由于光纖的纖芯很細(xì)，加 之石英的熔點(diǎn)很高，因此連接很困難，需要有昂貴的專門工具。 （3）光纖怕水 水進(jìn)入光纜后主要會(huì)產(chǎn)生三個(gè)方面的問題：使信道總損耗增大，甚至使通信中斷；水進(jìn)入光纜后，會(huì)造成光纜中的金屬 構(gòu)件氧化，使金屬構(gòu)件腐蝕；水結(jié)冰體 積增大有可能壓壞光纖。2 2）光纖通信的缺點(diǎn)）光纖通信的缺點(diǎn) 光纖的種類很多，分類方法也是各種各樣的。 （1）按照制造光纖所用的材料分：石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖。 塑料光纖是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃

8、）制成的。它的特點(diǎn)是制造成本低廉，相對(duì)來(lái)說(shuō)芯徑較大，與光源的耦合效率高，耦合進(jìn)光纖的光功率大，使用方便。但由于損耗較大，帶寬較小，這種光纖只適用于短距離低速率通信，如短距離計(jì)算機(jī)網(wǎng)鏈路、船舶內(nèi)通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纖。3 3）光纖的分類）光纖的分類 （2）按光在光纖中的傳輸模式分：?jiǎn)文９饫w和多模光纖。 多模光纖 多模光纖(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯較粗(50或62.5m)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較

9、近，一般只有幾公里。 單模光纖 單模光纖(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很細(xì)(芯徑一般為9或10m)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但還存在著材料色散和波導(dǎo)色散，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。（3）按最佳傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。常規(guī)型：光纖生產(chǎn)長(zhǎng)家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長(zhǎng)的光上，如1300m。色散位移型： 為了使光纖較好地工作在1.55m處，人們?cè)O(shè)計(jì)出一種新的光纖，叫做色散位移光纖（DSF）。這種光纖可以對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償，使光纖的零色散點(diǎn)從1.31m處移到1.55m附近。這種光

10、纖又稱為1.55m零色散單模光纖，代號(hào)為G653。 （4）按折射率分布情況分：階躍型和漸變型光纖。 階躍型：光纖的纖芯折射率高于包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產(chǎn)生全反射而前進(jìn)。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。這種光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率不能太高，用于通信不夠理想，只適用于短途低速通訊，比如：工控。 漸變型光纖：為了解決階躍光纖存在的弊端，人們又研制、開發(fā)了漸變折射率多模光纖，簡(jiǎn)稱漸變光纖。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高次模的光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高。（5）按光纖的工作波長(zhǎng)分

11、：短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。 短波長(zhǎng)光纖是指0.80.9m的光纖；長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖是指1.01.7m的光纖；而超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖則是指2m以上的光纖。項(xiàng)目一、光傳輸?shù)钠胀I(yè)務(wù)配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設(shè)備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展史 光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)木嚯x要受到色散和損耗的雙重影響。色散會(huì)使在光纖中傳輸?shù)臄?shù)字脈沖展寬引起碼間干擾從而降低信號(hào)質(zhì)量，當(dāng)碼間干擾使傳輸性能劣化到一定程度時(shí)傳輸系統(tǒng)就不能工作了。損耗的存在使光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)隨著傳輸距離的增加而功率不斷下降， 當(dāng)光功率下降到一定程度時(shí)接收機(jī)端將無(wú)法正確識(shí)別光脈沖中的信息。 材料的折射率隨入射光頻率的減

12、小（或波長(zhǎng)的增大）而減小的性質(zhì)，稱為“色散” 色散可通過(guò)棱鏡或光柵等作為“色散系統(tǒng)”的儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如一細(xì)束陽(yáng)光可被棱鏡分為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光。這是由于復(fù)色光中的各種色光的折射率不相同。 當(dāng)它們通過(guò)棱鏡時(shí)，傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡則便各自分散。 光信號(hào)在光纖傳輸過(guò)程中的損耗主要來(lái)自于以下幾個(gè)方面：（1）光纖材料的吸收與散射損耗；（2）光纖中的微彎與宏彎輻射損耗；（3）光纖的連接與耦合損耗。其中第一種損耗是由于光纖制造和材料引起，在損耗中是最主要的；而后兩種是光纖使用及光系統(tǒng)連接時(shí)引起。 吸收損耗 光纖的吸收損耗主要包括：光纖材料的本征吸收損耗，雜質(zhì)的吸收損耗和原子缺

13、陷吸收損耗。 散射損耗 在光纖材料中，由于某種遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的不均勻性(例如折射率不均勻，摻雜離子濃度不均勻等)引起光的散射從而構(gòu)成光纖的散射損耗。這種損耗也是光纖的固有損耗，并且決定光纖損耗的最小值。 在光纖中存在著3種散射機(jī)理，即瑞利散射、受激拉曼散射和受激布里淵散射。 光纖在實(shí)際應(yīng)用中不町避免的要產(chǎn)生彎曲，從而產(chǎn)生輻射損耗。光纖彎曲產(chǎn)生的損耗可以分為3種：微彎損耗、過(guò)渡彎曲損耗和宏彎損耗。其中宏彎損耗是由光纖實(shí)際應(yīng)用中必須的盤繞、曲折等引起的宏觀彎曲導(dǎo)致的損耗；過(guò)渡彎曲損耗是光纖由直到彎曲的突變中產(chǎn)生的損耗；微彎源于光纖幾何形狀的非理想性，例如芯包層分界面不規(guī)則、氣泡，直徑起伏及軸向偏差等。其他形式的微彎由一些外部影響引起，例如壓迫、拉緊或纏繞引起的機(jī)械力。源于這些機(jī)制的散射損耗叫做微彎損耗。此類損耗可以通過(guò)加大纖芯和包層間的折射率差或 嚴(yán)格的光纖制作及成纜得以降低。（2 2）光纖中的微彎與宏彎輻射損耗（輻射損耗）光纖中的微彎與宏彎輻射損耗（輻射損耗） 光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。色散主要影響系統(tǒng)的傳輸容量，也對(duì)中繼距離有影響。色散的大小常用時(shí)延差表示，時(shí)延差是光脈沖中不同模