線路中心1月8日光纖傳輸基礎(chǔ)知識

光纖通信的優(yōu)點通信容量大中繼距離長不受電磁干擾資源豐富光纖重量輕、體積小光通信發(fā)展簡史2000多年前烽火臺——燈光、旗語1880年光電話——無線光通信1970年光纖通信光纖通信發(fā)展史1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。1970年貝爾研究所林嚴雄在室溫下可連續(xù)工作的半導體激光器。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1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范圍紅外線紫外線通信波段劃分及相應傳輸媒介頻率Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空間波長（m）電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無線電FM無線電頻段劃分傳輸介質(zhì)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，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長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)對不同波長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：表征光學材料的一個重要參數(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。媽N＝C/V光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.5光通信的發(fā)展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光潛望鏡原理——光波導之雛形光的基本知識n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射視覺位置實際位置空氣水光的基本知識n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2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：最外是加強用的樹脂涂層。纖芯包層保護套光纖的結(jié)構(gòu)一、纖芯core：折射率較高，用來傳送光；二、包層coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；三、保護套jacket：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。

3mm光纜橘色MM多模

黃色SM單模外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)內(nèi)徑：單模9um

多模50/62.5um12595012562.5125光纖的尺寸數(shù)值孔徑入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同（AT&TCORNING）。光纖的種類按光在光纖中的傳輸模式可分為：多模（Multi-Mode）(簡稱：MM）單模（Single-Mode）(簡稱：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)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有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（芯徑一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。實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。光纖脈沖幾乎沒有展寬。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。光纖的分類按材料分類：玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，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)長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300nm。

色散位移型：光纖生產(chǎn)長家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1300nm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，歐洲標準

62.5/125μm，美國標準

6、工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡：100/140μm，200/230μm

7、塑料：98/1000μm，用于汽車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：光纖彎曲時部分光纖內(nèi)的光會因散射而損失掉，造成的損耗。擠壓：光纖受到擠壓時產(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。對接：光纖對接時產(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，對接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。光纜的種類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人員必須掌握的基本技能。光纜的接續(xù)技術(shù)分類：一、光纖的接續(xù)技術(shù)和光纜的接續(xù)技術(shù)兩部分。二、光纜的成端類似光纜的接續(xù)，只不過由于接頭材料不同而操作該當也有所不同。光纖接續(xù)的種類光纜接續(xù)一般可分為兩大類：一、光纖的固定接續(xù)（俗稱死接頭）。一般采用光纖熔接機；用于光纜直接頭。二、光纖的活動接頭（俗稱活接頭）。用能夠拆卸的連接器連接（俗稱活接頭）。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。先對光纖端面預熱放電，給端面整形，去除灰塵和雜物，同時通過預熱使光纖端面壓力均勻。光纖連接損耗的監(jiān)測方法光纖連接損耗的監(jiān)測方法有三種：1、在熔接機上進行監(jiān)測。2、光源、光功率計監(jiān)測。3、OTDR測量法一、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。5、余纖的盤留五個步驟。二、光纜接續(xù)的操作方法通常整個光纜的接續(xù)按以下步驟進行：第一步：大量好長度，開剝光纜，除去光纜護套；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)，進行光纖對號，核對光纖色標是否有誤；第五步：加強心接續(xù)；第六步：各種輔助線對，包括公務線對、控制線對、屏蔽地線等接續(xù)（如果有上述線對。第七步：光纖的接續(xù)。第八步：光纖接頭保護處理；第九步：光纖余纖的盤庫留處理；第十步：完成光纜護套的接續(xù)；第十一步：光纜接頭的保護。光纖的損耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纖熔接點損耗：0.08dB/點光纖熔接點1點/2km常見光纖名詞衰減：光在光纖中傳輸時的能量損耗

單模光纖

1310nm0.4~0.6dB/km

1550nm0.2~0.3dB/km

塑料多模光纖

300dB/km光纖的衰減光纖的衰減圖0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰減(dB/km)水峰值654321色散(Dispersion)：光脈沖沿著光纖行進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，因為不同模式的光沿著不同的路徑傳輸。材料色散：不同波長的光行進速度不同。波導色散：發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時，會以稍有不同的速度行進。在單模光纖中，通過改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來改變光纖的色散非常重要。常見光纖名詞光纖類型G.652零色散點在1300nm左右G.653零色散點在1550nm左右G.654負色散光纖G.655色散位移光纖全波光纖常見光纖名詞散射

由于光線的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，此時光的傳輸不再具有很好的方向性。光線缺陷光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識一、基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功能介紹：1.發(fā)送單元：把電信號轉(zhuǎn)換成光信號；2.傳輸單元：載送光信號的介質(zhì)；3.接收單元：接收光信號并轉(zhuǎn)換成電信號；4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖。光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識二、基本光纖系統(tǒng)方框圖：

信號光發(fā)射機光源中繼器檢測器光接收機信號電E/光O轉(zhuǎn)換光纖光O/電E轉(zhuǎn)換發(fā)送單元傳輸單元接收單元連接器件常用連接器類型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack常用連接器類型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType常用連接器類型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType連接頭端面類型Ferrule+Flange

InsertionLoss(插入損耗)<0.3dBReturnLoss(回波損耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB無源器件耦合器（coupler）主要功能再分配光信號重要應用在光纖網(wǎng)絡尤其是應用在局域網(wǎng)在波分復用器件上應用無源器件耦合器（coupler）基本結(jié)構(gòu)

耦合器是雙向無源器件

基本形式有樹型、星型

——與耦合器對應的有分路器（splitter）無源器件耦合器

以圖形表示1423無源器件波分復用器

WDM—WavelengthDivisionMultiplexer

在一條光纖中傳輸多個光信號，這些光信號頻率不同，顏色不同。波分復用器就是要把多個光信號耦合進同一根光纖中；解波分復用器就是從一根光纖中把多個光信號區(qū)分出來。無源器件波分復用器（圖例）

λ1傳送器

λ2傳送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器發(fā)送單元驅(qū)動器光源接收單元檢測器放大器

輸出電路光放大器

λ0

λ1輸入（信號弱）

λ1輸出（信號強）光放大器波分復用器耦合器

λ1光源監(jiān)測光纖數(shù)字通信數(shù)字系統(tǒng)中脈沖的定義：10%90%50%脈沖寬度上升時間下降時間周期振幅1.振幅：脈沖的高度在光纖系統(tǒng)中表示光功率能量。2.上升時間：脈沖從最大振幅的10%上升到90%所需要