《光纤通信基础》课件

作作 者：王者：王 勇勇 (Fiber Handbook Technology Data)美德（四川）电气有限公司光纤通信的优点n通信容量大n中继距离长n不受电磁干扰n资源丰富n光纤重量轻、体积小光通信发展简史2000多年前烽火台灯光、旗语1880年光电话无线光通信1970年光纤通信光纤通信发展史n1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。n1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。n1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。n1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。电磁波谱1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 波長波長10G 100G 1T 10T 100T 1015 1016 1017 f(Hz)1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm光通信使用范围光通信使用范围红外线红外线紫外线紫外线光的基本知识n光是一种电磁波n可见光350nm750nmn光纤通信所用的波长8001600nmn光的反射、折射n全反射光的基本知识n1n2n1 n2n1n2临界角临界角900临界角临界角n1n2全反射全反射入射角入射角=反射角反射角12光纤的结构纤芯纤芯包层包层保护套保护套光纤的结构n纤芯 core：折射率较高，用来传送光；n包层 coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；n保护套 jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。3mm光缆 橘色 MM 黄色 SM常见光纤名词n数值孔径（Numeric Aperture）NA=SIN 接收锥接收锥常见光纤名词输入输入输入输入输出输出输出输出低数值孔径低数值孔径NA高数值孔径高数值孔径NANANA 外径一般为外径一般为125um(一根头发平均一根头发平均100um)内径：单模内径：单模9um 多模多模um12595012562.5125光纤的尺寸光纤的分类n按材料分类：n玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；n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；n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，以及短距的图像传输。n按照光纤的模式分类n单模（Single-Mode）n多模（Multi-Mode）n按折射率分类n阶越光纤n渐变折射率光纤 光纤的分类光纤的损耗1310 nm:0.35 0.5 dB/Km850 nm:2.3 3.4 dB/Km光纤熔接点损耗：0.2dB/点光纤熔接点 1点/2km常见光纤名词n衰减：光在光纤中传输时的能量损耗单模光纤1310nm 0.40.6dB/km1550nm 0.20.3dB/km塑料多模光纤300dB/km光纤的衰减光纤的衰减图光纤的衰减图0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 nm OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值6 54321n色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。n模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的光沿着不同的路径传输。n材料色散：不同波长的光行进速度不同。n波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时，会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中，通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。常见光纤名词光纤类型n零色散点在1300nm左右n零色散点在1550nm左右n负色散光纤n色散位移光纤n全波光纤常见光纤名词n散射由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线光线缺陷缺陷光纤系统基础知识一、基本光纤系统的构架及其功能介绍：1.发送单元：把电信号转换成光信号；2.传输单元：载送光信号的介质；3.接收单元：接收光信号并转换成电信号；4.连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。光纤系统基础知识二、基本光纤系统方框图：信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件常用连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type常用连接器类型BICONIC TypeD4 TypeSMA 905 TypeSMA 906 TypeMINI BNC Type连接头端面类型Ferrule+Flange Insertion Loss(插入损耗)40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB无源器件n耦合器（coupler）n主要功能再分配光信号n重要应用在光纤网络n尤其是应用在局域网n在波分复用器件上应用无源器件n耦合器（coupler）n基本结构耦合器是双向无源器件基本形式有树型、星型与耦合器对应的有分路器（splitter）无源器件n耦合器n以图形表示 1423无源器件n波分复用器WDMWavelength Division Multiplexer在一条光纤中传输多个光信号，这些光信号频率不同，颜色不同。波分复用器就是要把多个光信号耦合进同一根光纤中；解波分复用器就是从一根光纤中把多个光信号区分出来。无源器件n波分复用器（图例）1传送器传送器 2传送器传送器 1+2 1+2 1接收器接收器 2接收器接收器发送单元驱动器驱动器光源光源接收单元检测器检测器放大器放大器 输出电路输出电路光放大器 0 1输入输入（信号弱）（信号弱）1输出输出（信号强）（信号强）光放大器波分复用器耦合器 1光源监测光纤数字通信n数字系统中脉冲的定义：10%90%50%脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间周期周期振幅振幅1.振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。2.上升时间：脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要的时间。3.下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时间。4.脉冲宽度：脉冲在50%振幅位置的宽度，用时间表示。5.周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的工作时间。6.消光比：1信号光功率于0信号光功率的比值。光纤数字通信n光纤通信中常用单位的定义：1.dB=10 log10(Pout/Pin)Pout:输出功率;Pin:输入功率 2.dBm=10 log10(P/1mw)是通信工程中广泛使用的单位；通常表示以1毫瓦为参考的光功率；example:10dBm表示光功率等于100uw。3.dBu=10 log10(P/1uw)光纤数字通信美德（四川）电气有限公司谢谢！