光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

●通信容量大 ●中繼距離長(zhǎng) ●不受電磁干擾 ●資源豐富 ●光纖重量輕、體積小

光通信發(fā)展簡(jiǎn)史

2000多年前 烽火臺(tái)——燈光、旗語(yǔ) ? 1880年 光電話——無(wú)線光通信 ? 1970年 光纖通信 ? ● 1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。 ● 1970年貝爾研究所林嚴(yán)雄在室溫下可連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器。 ● 1970年康寧公司的卡普隆(Kapron) 之作出損耗為20dB/km光纖。 ● 1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。 ?

電磁波譜

通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介

光的折射/反射和全反射

因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì)產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì)隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過(guò)某一角度時(shí)，折射光會(huì)消失，入射光全部被反射回來(lái)，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對(duì)相同波長(zhǎng)光的折射角度是不同的（即不同的物質(zhì)有不同的光折射率），相同的物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。 ? 反射率分布：表征光學(xué)材料的一個(gè)重要參數(shù)是折射率，用N表示，真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。 N＝C/V 光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.44 ?

光通信的發(fā)展過(guò)程

光的基本知識(shí)

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光纖結(jié)構(gòu)

光纖裸纖一般分為三層： 第一層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為9-10μm,(單模）50或62.5（多模）。 第二層：中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm）。 第三層：最外是加強(qiáng)用的樹(shù)脂涂層。 ?

1)纖芯 ?core：折射率較高，用來(lái)傳送光； 2)包層 ?coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件； 3)保護(hù)套 ?jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。 3mm光纜 ??橘色 ? ? ? MM　 ? ? 多模 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 黃色 ? ? ? SM　 ? ? ?單模 ?

光纖的尺寸

外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um) 內(nèi)徑：?jiǎn)文?um ?多模50/62.5um ?

數(shù)值孔徑

入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度就稱(chēng)為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對(duì)于光纖的對(duì)接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同 ?

光纖的種類(lèi)

按光在光纖中的傳輸模式可分為：

多模（Multi-Mode） (簡(jiǎn)稱(chēng)：MM） 單模（Single-Mode）(簡(jiǎn)稱(chēng)：SM） 　 多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或62.5μm），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就比較近，一般只有幾公里。 ? 單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)（芯徑一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。實(shí)際上是階躍型光纖的種，只是纖芯徑很小，理論上只允許單一傳播途徑的直進(jìn)光入射至光纖內(nèi)，并在纖芯內(nèi)作直線傳播。光纖脈沖幾乎沒(méi)有展寬。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，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。 ?

光纖的分類(lèi)

按材料分類(lèi)： 玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長(zhǎng)，成本高； 膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低； 塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。 ? 按最佳傳輸頻率窗口: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1310nm。 色散位移型：光纖生產(chǎn)長(zhǎng)家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長(zhǎng)的光上，如：1310nm和1550nm。 ? 突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。 　　 漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，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，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。 ?

常用光纖規(guī)格

光纖尺寸： 1)單模纖芯直徑：9/125μm，10/125μm　　　 2)包層外徑（2D）＝125μm 3)一次涂敷外徑＝250μm 4)尾纖：300μm 5)多模： 50/125μm，歐洲標(biāo)準(zhǔn) 62.5/125μm，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 6)工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm， 200/230μm 　　　　　　　　　 7)塑料：98/1000μm，用于汽車(chē)控制 ?

光纖衰減

造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對(duì)接等。 本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。 彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。 擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。 雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。 不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。 對(duì)接：光纖對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于0.8μm），端面與軸心不垂直，端面不平，對(duì)接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。 ?

光纜的種類(lèi)

1)按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。 2)按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。 3)按用途分有：長(zhǎng)途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。 ?

光纜的接續(xù)與成端

光纜的接續(xù)與成端是光纜線路維護(hù)人員必須掌握的基本技能。 光纜的接續(xù)技術(shù)分類(lèi)： 1)光纖的接續(xù)技術(shù)和光纜的接續(xù)技術(shù)兩部分。 2)光纜的成端類(lèi)似光纜的接續(xù)，只不過(guò)由于接頭材料不同而操作該當(dāng)也有所不同。 ?

光纖接續(xù)的種類(lèi)

光纜接續(xù)一般可分為兩大類(lèi)： 1)光纖的固定接續(xù)（俗稱(chēng)死接頭）。一般采用光纖熔接機(jī)；用于光纜直接頭。 2)光纖的活動(dòng)接頭（俗稱(chēng)活接頭）。用能夠拆卸的連接器連接（俗稱(chēng)活接頭）。用于光纖跳線、設(shè)備連接等地方 ? 由于光纖端面的不完整性和光纖端面壓力的不均勻性，一次放電熔接光纖的接頭損耗還比較大，現(xiàn)在采用二次放電熔接法。先對(duì)光纖端面預(yù)熱放電，給端面整形，去除灰塵和雜物，同時(shí)通過(guò)預(yù)熱使光纖端面壓力均勻。 ?

光纖連接損耗的監(jiān)測(cè)方法

光纖連接損耗的監(jiān)測(cè)方法有三種： 1、在熔接機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 2、光源、光功率計(jì)監(jiān)測(cè)。 3、OTDR測(cè)量法 ?

光纖接續(xù)的操作方法

光纖接續(xù)操作一般分為： 1、光纖端面的處理。 2、光纖的接續(xù)安裝。 3、光纖的熔接。 4、光纖接頭的保護(hù)。 5、余纖的盤(pán)留五個(gè)步驟。 ? 通常整個(gè)光纜的接續(xù)按以下步驟進(jìn)行： 第一步：大量好長(zhǎng)度，開(kāi)剝光纜，除去光纜護(hù)套； 第二步：清洗、去除光纜內(nèi)的石油填充膏。 第三步：捆扎好光纖。 第四步：檢查光纖心數(shù)，進(jìn)行光纖對(duì)號(hào)，核對(duì)光纖色標(biāo)是否有誤； 第五步：加強(qiáng)心接續(xù)； 第六步：各種輔助線對(duì)，包括公務(wù)線對(duì)、控制線對(duì)、屏蔽地線等接續(xù)（如果有上述線對(duì)。 第七步：光纖的接續(xù)。 第八步：光纖接頭保護(hù)處理； 第九步：光纖余纖的盤(pán)庫(kù)留處理； 第十步：完成光纜護(hù)套的接續(xù)； 第十一步：光纜接頭的保護(hù)。 ?

光纖的損耗

1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm : ?2.3 ~ 3.4 dB/Km 光纖熔接點(diǎn)損耗：0.08dB/點(diǎn) 光纖熔接點(diǎn) 1點(diǎn)/2km ?

常見(jiàn)光纖名詞

1)衰減 衰減：光在光纖中傳輸時(shí)的能量損耗單模光纖1310nm ?0.4~0.6dB/km1550nm ?0.2~0.3dB/km塑料多模光纖300dB/km ?

? ? 2)色散 色散(Dispersion)：光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。 模間色散：只發(fā)生在多模光纖，因?yàn)椴煌Ｊ降墓庋刂煌穆窂絺鬏敗?材料色散：不同波長(zhǎng)的光行進(jìn)速度不同。 波導(dǎo)色散：發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會(huì)以稍有不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過(guò)改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)改變光纖的色散非常重要。 ? 光纖類(lèi)型 G.652零色散點(diǎn)在1300nm左右 G.653零色散點(diǎn)在1550nm左右 G.654負(fù)色散光纖 G.655色散位移光纖 全波光纖 ? 3)散射 由于光線的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，此時(shí)光的傳輸不再具有很好的方向性。 ?

光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功能介紹： 1.發(fā)送單元：把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)； 2.傳輸單元：載送光信號(hào)的介質(zhì)； 3.接收單元：接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測(cè)以及其它光纖。 ?

常用連接器類(lèi)型

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連接頭端面類(lèi)型

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耦合器（coupler）

主要功能再分配光信號(hào) 重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò) 尤其是應(yīng)用在局域網(wǎng) 在波分復(fù)用器件上應(yīng)用 ? 基本結(jié)構(gòu) 耦合器是雙向無(wú)源器件 基本形式有樹(shù)型、星型 ——與耦合器對(duì)應(yīng)的有分路器（splitter） ? 以圖形表示 ?

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波分復(fù)用器

WDM—Wavelength Division Multiplexer在一條光纖中傳輸多個(gè)光信號(hào)，這些光信號(hào)頻率不同，顏色不同。波分復(fù)用器就是要把多個(gè)光信號(hào)耦合進(jìn)同一根光纖中；解波分復(fù)用器就是從一根光纖中把多個(gè)光信號(hào)區(qū)分出來(lái)。 ? 波分復(fù)用器（圖例）

發(fā)送單元

接收單元

放大器

光纖數(shù)字通信

數(shù)字系統(tǒng)中脈沖的定義：

　　1.振幅：脈沖的高度在光纖系統(tǒng)中表示光功率能量。

　　2.上升時(shí)間：脈沖從最大振幅的10%上升到90%所需要的時(shí)間。

　　3.下降時(shí)間：脈沖從振幅的90%下降到10%所需要的時(shí)間。

　　4.脈沖寬度：脈沖在50%振幅位置的寬度，用時(shí)間表示。

　　5.周期：脈沖特定的時(shí)間，就是完成一個(gè)循環(huán)所需要的工作時(shí)間。

　　6.消光比：1信號(hào)光功率于0信號(hào)光功率的比值

編輯：黃飛

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