光通信基础知识

光通信光的基本特性光的基本特性 定义：光只是电磁波谱上的某一段频谱。光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。维基百科 特性：光是能量的一种传播方式。光源所以发出光，是因为光源中原子的运动。有三种方式：热运动、跃迁辐射或受激辐射。前者为生活中最常见的，比如电灯和火焰；后者多应用于激光。通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相应传输媒介10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（自由空间波长（m）电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外红外可见光可见光双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤/无线激无线激光光卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电频段频段划分划分传传输输介介质质光的物理特性 直线传输：光是直线运行的，也不需要任何介质（在引力场的影响下，光的传播路径会发生偏折，最显著的就是黑洞的影响）反射：光线遇另一介质时入射光反回原介质的情形 折射：光从不同密度的介质穿过时发生的偏折现象为折射 全内反射：全内反射是光折射的一个特殊情况，当光线由密度较高的介质（光密）到密度较低的介质（光疏）且入射角大于临界时，即，则只有反射光线，没有折射光线，这现象是为全内反射，光纤就是应用这现象来运作反射折射反射与折射同时发生全反射视频光通信中波段光源光纤，损耗标志第一代850nm LEDMMF,3.6dB/km几十Mbit/s,几十km第二代1310nm LED,LDMMF,0.5dB/km140Mbit/s,2050km第三代1310nm LED,LDSMF,0.5dB/km50km第四代1550nm LDSMF,0.2dB/km未来1550nm LDSMF,0.2dB/km相干光通信光端机结构（光收发器）(三三)光缆光缆1光纤光纤（1）光纤的物理结构）光纤的物理结构 包层的外径一般为包层的外径一般为125m(一根头发平均一根头发平均100m)，在包层外面是在包层外面是540 m涂覆层，涂覆层的材料是涂覆层，涂覆层的材料是环氧树脂或硅橡胶。环氧树脂或硅橡胶。光纤的基本结构分三种：光纤的基本结构分三种：62.5/125、50/125、9/125。常用的。常用的62.5/125m多模光纤，纤芯外径多模光纤，纤芯外径是是62.5m，加上包层后外径是，加上包层后外径是125m。纤芯和包。纤芯和包层是不可分离的，纤芯与包层合起来组成裸光纤。层是不可分离的，纤芯与包层合起来组成裸光纤。1光纤光纤（2）光纤的分类）光纤的分类 从材料成分分类从材料成分分类 玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；距离长，成本高；胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同玻璃光纤差不多，成本较低；玻璃光纤差不多，成本较低；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。短距的图像传输。1光纤光纤（2）光纤的分类）光纤的分类 按传输模式分类按传输模式分类 按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤 所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器作为光源，多模光纤则采用发光二极管作为光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此，多模光纤的芯线粗、传输速度低、距离短、整体的传输性能差，但其成本比较低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境。单模光纤只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细、传输频带宽、容量大、传输距离长，但因其需要激光源，故成本较高，通常在建筑物之间或地域分散时使用。1光纤光纤（2）光纤的分类）光纤的分类 按传输模式分类按传输模式分类 单模光纤（单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）的纤芯直径很小，）的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽且传输容量大。光信号可以沿着光纤的轴向传播，因此且传输容量大。光信号可以沿着光纤的轴向传播，因此光信号的损耗很小，离散也很小，传播的距离较远。单光信号的损耗很小，离散也很小，传播的距离较远。单模光纤模光纤PMD规范建议芯径为规范建议芯径为810 m，包层直径为，包层直径为125 m。在导入波长上分单模。在导入波长上分单模1310nm和和1550 nm（常用）（常用）。多模光纤（多模光纤（Multi Mode Fiber，MMF）是在给定的工作波）是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。多模光纤的纤芯长上，能以多个模式同时传输的光纤。多模光纤的纤芯直径一般为直径一般为50200 m，而包层直径的变化范围为，而包层直径的变化范围为125230 m。国内计算机网络一般采用的纤芯直径为。国内计算机网络一般采用的纤芯直径为62.5 m，包层为包层为125 m，也就是通常所说的，也就是通常所说的62.5 m。与单模光纤。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。在导入波长相比，多模光纤的传输性能较差。在导入波长上多上多模模850nm和和1300nm（常用）。（常用）。1光纤光纤（2）光纤的分类）光纤的分类 按传输模式分类按传输模式分类 单模光纤和多模光纤的特性比较比 较 项 目单 模 光 纤多 模 光 纤速度高速度低速度距离长距离短距离成本成本高成本低其他性能窄芯线，需要激光源，聚光好，耗散极小，高效宽芯线，耗散大，低效1光纤光纤（3）光纤通信系统组成）光纤通信系统组成 1光纤光纤（2）光纤的分类）光纤的分类 按工作波长分按工作波长分 光纤传输的是光波。光的波长范围为：可见光部分波长为390-760nm(毫微米),大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤通信中应用的红外光。按光纤的工作波长分类，有短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。多模光纤的工作波长为短波长850nm和长波长1300nm，单模光纤的工作波长为长波长1310nm和超长波长1550 nm。2 光缆光缆 光纤传输系统中直接使用的是光缆而不是光纤。光纤最外面常有100m厚的缓冲层或套塑层，套塑层的材料大都采用尼龙、聚乙烯或聚丙烯等塑料。套塑后的光纤（称为芯线）还不能在工程中使用，必须把若干根光纤疏松地置于特制的塑料绑带或铝皮内，再被涂覆塑料或用钢带铠装，加上外护套后才成光缆。光缆中有1根光纤（单芯）、2根光纤（双芯）、4根光纤、6根光纤、甚至更多光纤的（48根光纤、1000根光纤等），一般单芯光缆和双芯光缆用于光纤跳线，多芯光缆用于室内室外的综合布线。缓冲层有松缓冲层（loose tube）和紧缓冲层两种 2 光缆光缆单芯光缆结构图单芯光缆结构图多芯光缆结构图多芯光缆结构图（1）室内光缆 室内紧护套型光缆（1）室内光缆 室内/外铠装光缆（2）室外光缆室外松护套全干式光缆室外松套管充油式光缆(凝胶填充缓冲护套）（2）室外光缆 室外中心套管光缆（四）光纤连接器件（四）光纤连接器件1 光纤配线设备 光纤配线设备是光缆与光通信设备之间的配线连接设备，用于光纤通信系统中光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的熔接、跳线、分配和调度等功能。光纤配线设备有机架式光纤配线架、挂墙式光纤配线盒、光纤接续盒和光纤配线箱等类型，可根据光纤数量和用途加以选择公安业务常用光通信拓扑室外终端室外终端传输光路由及汇接传输光路由及汇接室内光终端室内光终端室内配线室内配线（四）光纤连接器件（四）光纤连接器件1 室外终端配线盒壁挂式室内箱机架式室内箱（四）光纤连接器件（四）光纤连接器件1 光纤接继光纤接续盒光纤接续盒1 光纤接继分光器分光器(PON)（四）光纤连接器件（四）光纤连接器件1 光纤接继光纤跳接箱光纤跳接箱（四）光纤连接器件（四）光纤连接器件1 室内光纤配线设备 大型光纤配线箱大型光纤配线箱 光铜合一配线光铜合一配线架架 1 室内光纤配线设备机架式ODF2 光纤连接器（Fiber Connector）光纤连接器按连接头结构可分为：SC、ST、FC、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种型式；按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC型；按光纤芯数分还有单芯、多芯（如MT-RJ）型光纤连接器之分传统主流的光纤连接器品种是SC型（直插式）和ST型（卡扣式）、FC型（螺纹连接式）3种 小型化（SFF）光纤连接器是满足用户对连接器小型化、高密度连接的使用要求而开发出来的。它占有的空间只相当传统ST和SC连接器的一半 SFF光纤连接器有四种类型：美国朗讯公司开发的LC型连接器、日本NTT公司开发的MU型连接器、美国Tyco Electronics和Siecor公司联合开发的MT-RJ型连接器、3M公司开发的Volition VF45型连接器等。2 光纤连接器（Fiber Connector）SC、ST、FC光纤连接器 LC型光纤连接器2 光纤连接器（Fiber Connector）3 光纤适配器（耦合器）各种接口类型的光纤适配器板各种接口类型的光纤适配器板 6 光纤适配器模块和光纤面板