第5章 常用光器件

1、第五章第五章 常見光器件常見光器件 光纖光纖是光導(dǎo)纖維（OF：Optical Fiber）的簡(jiǎn)稱。但光通信系統(tǒng)中常常將 Optical Fiber（光纖）又簡(jiǎn)化為 Fiber，例如：光纖放大器（Fiber Amplifier）或光纖干線（Fiber Backbone）等等。有人忽略了Fiber雖有纖維的含義，但在光系統(tǒng)中卻是指光纖而言的。因此，有些光產(chǎn)品的說明中，把fiber直譯成“纖維”，顯然是不可取的。光纖實(shí)際是指由透明材料作成的纖芯和在它周圍采用比纖芯的折射率稍低的材料作成的包層所被覆，并將射入纖芯的光信號(hào)，經(jīng)包層界面反射，使光信號(hào)在纖芯中傳播前進(jìn)的媒體。 利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行的通信叫光纖通

2、信。1. 光纖結(jié)構(gòu) 光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分組成，如圖所示。 （1）纖芯：纖芯位于光纖的中心部位。 直徑d1=4m50m，單模光纖的纖芯為4m10m，多模光纖的纖芯為50m。 纖芯的成分是高純度SiO2，摻有極少量的摻雜劑（如GeO2，P2O5），作用是提高纖芯對(duì)光的折射率（n1），以傳輸光信號(hào)。 （2）包層：包層位于纖芯的周圍。 直徑d2=125m，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度SiO2。而摻雜劑（如B2O3）的作用則是適當(dāng)降低包層對(duì)光的折射率（n2），使之略低于纖芯的折射率，即n1n2，它使得光信號(hào)封閉在纖芯中傳輸。 （3）涂覆層：光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層，緩沖層和二

3、次涂覆層。 一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、有機(jī)硅或硅橡膠材料； 緩沖層一般為性能良好的填充油膏； 二次涂覆層一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物。 涂覆的作用是保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)又增加了光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性，起著延長(zhǎng)光纖壽命的作用。涂覆后的光纖其外徑約1.5mm。通常所說的光纖為此種光纖。n纖芯纖芯 ：折射率較高，用來傳送光；：折射率較高，用來傳送光；n包層包層 ：折射率較低，與纖芯一起形成全反射；：折射率較低，與纖芯一起形成全反射；n涂敷層涂敷層 ：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。纖芯纖芯包層包層涂敷層涂敷層 2光纖的折射率分布與光線的傳播

4、下圖所示為兩種典型光纖的折射率分布情況。 一種稱為階躍折射率光纖；另一種稱為漸變折射率光纖，如圖（a）、（b）所示。 光在階躍折射率光纖和漸變折射率光纖的傳播軌跡分別如圖所示。光在階躍折射率多模光纖中的傳播光在漸變折射率多模光纖中的傳播 若按傳輸模的數(shù)量分類可分為多模光纖和單模光纖 若按傳輸波長(zhǎng)分類可分為短波長(zhǎng)光纖和長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖 若按套塑結(jié)構(gòu)分類可分為緊套光纖和松套光纖 1按傳輸模數(shù)分類 按傳輸模的數(shù)量不同，光纖分為多模光纖和單模光纖。 傳播模式概念：當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，如果光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)，光在光纖中會(huì)以幾十種乃至幾百種傳播模式進(jìn)行傳播。如圖所示。這些不同的光束稱為模式。光在

5、階躍折射率光纖中的傳播 （1）多模光纖 當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d1）遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)（約1m），光纖傳輸?shù)倪^程中會(huì)存在著幾十種乃至幾百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。 （2）單模光纖 當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d1 ）較小，與光波長(zhǎng)在同一數(shù)量級(jí)，如芯徑d1 在4m10m范圍，這時(shí)，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。光在單模光纖中的傳播軌跡 2按傳輸波長(zhǎng)分類 光纖可分為短波長(zhǎng)光纖和長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。 短波長(zhǎng)光纖的波長(zhǎng)為0.85m（0.8m0.9m） 長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖的波長(zhǎng)為1.3m1.6m，主要有1.31m和1.55m兩個(gè)窗口。 3按套塑結(jié)構(gòu)分類

6、 按套塑結(jié)構(gòu)不同，光纖可分為緊套光纖和松套光纖。 緊套光纖與松套光纖 緊套光纖就是在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動(dòng)。 松套光纖，就是在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動(dòng)。套塑光纖結(jié)構(gòu)光纖跳線光纖跳線光纖跳線光纖跳線用來做從設(shè)備到光纖布線鏈路的跳接線。有較厚的保護(hù)層，一般用在光端機(jī)和終端盒之間的連接。 單模光纖(Single-mode Fiber)：一般光纖跳線用黃色表示，接頭和保護(hù)套為藍(lán)色；傳輸距離較長(zhǎng)。 多模光纖(Multi-mode Fiber)：一般光纖跳線用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭和保護(hù)套用米色或者黑色；

7、傳輸距離較短。光纖在使用中不要過度彎曲和繞環(huán)，這樣會(huì)增加光在傳輸過程的衰減。 光纖跳線兩端的光模塊的收發(fā)波長(zhǎng)必須一致，也就是說光纖的兩端必須是相同波長(zhǎng)的光模塊，簡(jiǎn)單的區(qū)分方法是光模塊的顏色要一致。一般的情況下，短波光模塊使用多模光纖（橙色 的光纖），長(zhǎng)波光模塊使用單模光纖（黃色光纖），以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。 光纖跳線使用后一定要用保護(hù)套將光纖接頭保護(hù)起來，灰塵和油污會(huì)損害光纖的耦合 尾纖尾纖又叫豬尾線，只有一端有連接頭，而另一端是一根光纜纖芯的斷頭，通過熔接與其他光纜纖芯相連，一般用在光纜熔接到ODF或者光纜終端盒或者光纜交接箱上用的。常見的是兩端都有光纖連接器的“跳纖”；只要把它從中間弄斷

8、，就成了2條尾纖12芯束狀尾纖芯束狀尾纖認(rèn)識(shí)尾纖和跳纖的接口類型在表示尾纖和跳纖接頭的標(biāo)注中，我們常能見到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含義如下：/”前面部分表示尾纖的連接器型號(hào)。“ FC型光纖連接器：外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。 一般在ODF側(cè)采用(配線架上用的最多) SC型光纖連接器：連接GBIC光模塊的連接器，它的外殼呈矩形，緊固方式是采用插拔銷閂式，不須旋轉(zhuǎn)。(路由器交換機(jī)上用的最多) ST型光纖連接器：常用于光纖配線架，外殼呈圓形，緊固方式為螺絲扣。（對(duì)于10Base-F連接來說，連接器通常是ST類型。常用于光纖配線架） LC型光纖連接器：連接SFP模塊的連接器

9、，它采用操作方便的模塊化插孔(RJ)閂鎖機(jī)理制成。（路由器常用） MT-RJ：收發(fā)一體的方形光纖連接器，一頭雙纖收發(fā)一體ST、SC、FC光纖接頭是早期不同企業(yè)開發(fā)形成的標(biāo)準(zhǔn)，使用效果一樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)。ST、SC連接器接頭常用于一般網(wǎng)絡(luò)。ST頭插入后旋轉(zhuǎn)半周有一卡口固定，缺點(diǎn)是容易折斷；SC連接頭直接插拔，使用很方便，缺點(diǎn)是容易掉出來；FC連接頭一般電信網(wǎng)絡(luò)采用，有一螺帽擰到適配器上，優(yōu)點(diǎn)是牢靠、防灰塵，缺點(diǎn)是安裝時(shí)間稍長(zhǎng)。MTRJ 型光纖跳線由兩個(gè)高精度塑膠成型的連接器和光纜組成。連接器外部件為精密塑膠件，包含推拉式插拔卡緊機(jī)構(gòu)。 適用于在電信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的室內(nèi)應(yīng)用FC 圓型帶螺紋(配線架

10、上用的最多)ST 卡接式圓型SC 卡接式方型(路由器交換機(jī)上用的最多)PC 微球面研磨拋光APC 呈8度角并做微球面研磨拋光MT-RJ 方型一頭雙纖收發(fā)一體“/”后面表明光纖接頭截面工藝，即研磨方式?！癙C”在電信運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛，其接頭截面是平的?！癠PC”的衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的設(shè)備，一些國(guó)外廠家ODF架內(nèi)部跳纖用的就是FC/UPC，主要是為提高ODF設(shè)備自身的指標(biāo)。另外，在廣電和早期的CATV中應(yīng)用較多的是“APC”型號(hào)，其尾纖頭采用了帶傾角的端面，可以改善電視信號(hào)的質(zhì)量，主要原因是電視信號(hào)是模擬光調(diào)制，當(dāng)接頭耦合面是垂直的時(shí)候，反射光沿原路徑返回。由于光纖

11、折射率分布的不均勻會(huì)再度返回耦合面，此時(shí)雖然能量很小但由于模擬信號(hào)是無法徹底消除噪聲的，所以相當(dāng)于在原來的清晰信號(hào)上疊加了一個(gè)帶時(shí)延的微弱信號(hào)，表現(xiàn)在畫面上就是重影。尾纖頭帶傾角可使反射光不沿原路徑返回。一般數(shù)字信號(hào)一般不存在此問題光纜光纜(optical fiber cable)主要是由光導(dǎo)纖維（細(xì)如頭發(fā)的玻璃絲）和塑料保護(hù)套管及塑料外皮構(gòu)成，光纜內(nèi)沒有金、銀、銅鋁等金屬，一般無回收價(jià)值。光纜是一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護(hù)套，有的還包覆外護(hù)層，用以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸?shù)囊环N通信線路。 即:由光纖(光傳輸載體)經(jīng)過一定的工藝而形成的線纜.光有源器件光有源器件是光通信系統(tǒng)中將電信號(hào)轉(zhuǎn)換

12、成光信號(hào)或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的關(guān)鍵器件，是光傳輸系統(tǒng)的心臟。 目前光纖通信領(lǐng)域應(yīng)用的光有源器件主要有光源，光探測(cè)器，光調(diào)制器，光放大器，光波長(zhǎng)變換器，光電收發(fā)模塊，光再生器等光源光源是光纖通信系統(tǒng)中光發(fā)射機(jī)的重要組成部件，其主要作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)送入光纖。目前用于光纖通信的光源包括半導(dǎo)體激光器（Laser Diode，LD）和半導(dǎo)體發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）。手持式穩(wěn)定激光光源手持式穩(wěn)定激光光源光檢測(cè)器光檢測(cè)器光信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_(dá)接收端后，在接收端有一個(gè)接收光信號(hào)的元件。但是由于目前我們對(duì)光的認(rèn)識(shí)還沒有達(dá)到對(duì)電的認(rèn)識(shí)的程度，所以我們并不能通過對(duì)光

13、信號(hào)的直接還原而獲得原來的信號(hào)。在他們之間還存在著一個(gè)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后再由電子線路進(jìn)行放大的過程，最后再還原成原來的信號(hào)。這一接收轉(zhuǎn)換元件稱作光檢測(cè)器，或者光電檢測(cè)器，簡(jiǎn)稱檢測(cè)器，又叫光電檢波器或者光電二極管。 常見的光檢測(cè)器包括：PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。雪崩光電二極管光端機(jī)光端機(jī)就是光信號(hào)傳輸?shù)慕K端設(shè)備,在遠(yuǎn)程光纖傳輸中，光纜對(duì)信號(hào)的傳輸影響很小，光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量主要取決于光端機(jī)的質(zhì)量，因?yàn)楣舛藱C(jī)負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換以及光發(fā)射和光接收，它的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng) 光端機(jī)的典型物理接口 光纖接口光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。通常有SC、ST、F

14、C等幾種類型，RJ-45接口RJ-45接口是以太網(wǎng)最為常用的接口，RS-232接口RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。RJ-11接口RJ-11接口就是我們平時(shí)所說的電話線接口。中繼器中繼器中繼器（RP repeater）是連接網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，常用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，主要完成物理層的功能，負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。由于存在損耗，在線路上傳輸?shù)男盘?hào)功率會(huì)逐漸衰減，衰減到一定程度時(shí)將造成信號(hào)失真，因此會(huì)導(dǎo)致接收錯(cuò)誤。中繼器就是為解

15、決這一問題而設(shè)計(jì)的。它完成物理線路的連接，對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同。 一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的媒體，但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)接工作。從理論上講中繼器的使用是無限的，網(wǎng)絡(luò)也因此可以無限延長(zhǎng)。事實(shí)上這是不可能的，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)信號(hào)的延遲范圍作了具體的規(guī)定，中繼器只能在此規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行有效的工作，否則會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)故障。中繼器只將任何電纜段上的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一段電纜上，并不管數(shù)據(jù)中是否有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或不適于網(wǎng)段的數(shù)據(jù)。光纖收發(fā)器光纖收發(fā)器是一種將短距離的雙絞線電信號(hào)和長(zhǎng)距離的光信號(hào)進(jìn)行互換的以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，在很多地方也被稱之為光電轉(zhuǎn)換器。也稱為單端口光端機(jī)，是

16、針對(duì)特殊用戶環(huán)境而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，適用于基站的光纖終端傳輸設(shè)備以及租用線路設(shè)備。而對(duì)于多口的光端機(jī)一般會(huì)直稱作“光端機(jī)”，對(duì)單端口光端機(jī)一般使用于用戶端，工作類似常用的廣域網(wǎng)專線（電路）聯(lián)網(wǎng)用的基帶MODEM，而有稱作“光MODEM”、“光貓”、“光調(diào)制解調(diào)器”。光模塊光收發(fā)一體模塊，英文名稱optical transceiver，簡(jiǎn)稱光模塊，是光纖通信系統(tǒng)中重要的器件 由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分是：輸入一定碼率的電信號(hào)經(jīng)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)芯片處理后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器（LD）或發(fā)光二極管（LED）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，其內(nèi)部帶有光功率自動(dòng)控制電路，使

17、輸出的光信號(hào)功率保持穩(wěn)定。接收部分是：一定碼率的光信號(hào)輸入模塊后由光探測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號(hào).包括光接受模塊，光發(fā)送模塊，光收發(fā)一體模塊，光轉(zhuǎn)發(fā)模塊等。光收發(fā)一體化模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)光電/電光變換光纖轉(zhuǎn)換器光纖轉(zhuǎn)換器將串口或其它接口轉(zhuǎn)為光纖接口的一種模塊。分多模光纖轉(zhuǎn)換和單模光纖轉(zhuǎn)換；單模多模亦可互相轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊，中繼轉(zhuǎn)換的組網(wǎng)功能 光分路器光分路器光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要將光信號(hào)進(jìn)行耦合、分支、分配，這就需要光分路器來實(shí)現(xiàn)。光分路器又稱分光器，是光纖鏈路中最重要的無源器件之一，是具有多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端的光纖匯接器件，常用MN來表示一個(gè)分路器有M個(gè)輸入端和N個(gè)

18、輸出端。 光纖配線箱光纖配線箱光纖配線箱適用于光纜與光通信設(shè)備的配線連接，通過配線箱內(nèi)的適配器，用光跳線引出光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光配線功能。適用于光纜和配線尾纖的保護(hù)性連接，也適用于光纖接入網(wǎng)中的光纖終端點(diǎn)采用。光纖配線架光纖配線架ODF（Optical Distribution Frame）光纖配線架光纖配線架（ODF）用于光纖通信系統(tǒng)中局端主干光纜的成端和分配，可方便地實(shí)現(xiàn)光纖線路的連接、分配和調(diào)度。隨著網(wǎng)絡(luò)集成程度越來越高，出現(xiàn)了集ODF、DDF、電源分配單元于一體的光數(shù)混合配線架，適用于光纖到小區(qū)、光纖到大樓、遠(yuǎn)端模塊局及無線基站的中小型配線系統(tǒng)。光纖放大器 運(yùn)用于光纖通信線路中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大

19、的一種新型全光放大器。根據(jù)它在光纖線路中的位置和作用，一般分為中繼放大、前置放大和功率放大三種。同傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光放大器（SOA）相比較，OFA不需要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換和信號(hào)再生等復(fù)雜過程，可直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行全光放大，具有很好的“透明性”，特別適用于長(zhǎng)途光通信的中繼放大。 光耦合器 亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。 信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。 光纜交接箱 光纜交接箱是一種為主干層光纜、配線層光纜提供光纜成端、跳接的交接設(shè)備。光纜引入光纜交接箱后，經(jīng)固定、端接、配纖后，使用跳纖將主干層光纜和配線層光纜連通。 光纜交接箱的容量是指光纜交接箱最大能成端纖芯的數(shù)目。 光纖終端盒光纖終端盒光纖終端盒是安裝在墻上的用戶光纜終端盒，它的功能是提供光纖與光纖的熔接、光纖與尾纖的熔接以及光連接器的交接。并對(duì)光纖及其元件提供機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)，并允許進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查，使其保持最高標(biāo)準(zhǔn)的光纖管理。 光纖終端盒產(chǎn)品特征1.提供光纜與配線尾纖的保護(hù)性連接2.使光纜金屬構(gòu)件與光纜端殼體絕緣，并能方便地引出接地3.提供光纜終端的安放和余端光纖存儲(chǔ)的空間，方便