通信光纤光缆知识

光纤光缆基础知识光纤光缆基础知识 2024/5/251什么是光纤通信？n光纤通信就是以光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式，这里所讲的“光波为载波”就是表示将需要传输的信息经调制变成光波的形式，再送到光纤中去传输，光波在此成了运载信息工具。2024/5/252光纤通信系统的基本构成 n根据信息论理论，任何一种通信系统都是由信源、信道和信宿三要素组成。相应地，一个基本的光纤通信系统组成也可归纳为三大要素：光发射机、光纤光缆和光接收机。2024/5/253光纤通信系统的基本构成二、光纤通信系统的基本结构示意图：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转换光发射机光纤光缆光接收机连接器件2024/5/254光纤通信系统的基本构成n基本结构图由三部分组成：光发射机、光纤光缆和光接收机。由于光纤只能传光信号不能传电信号，因此，这种通信系统在发送端必须把电信号变成光信号，在接收端再把光信号变为电信号，即电/光和光/电变换。2024/5/255光纤通信的优点n通信容量大，传输距离长。n原材料来源丰富，节省了有色金属，环境保护好。n抗电磁干扰，传输质量佳。n信道串扰小、保密性好。n光缆尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。n光缆适应性强，寿命长。2024/5/256光纤通信的缺点 n抗拉强度低。n光纤连接困难。n光纤怕水。2024/5/257光通信发展简史2000多年前烽火台灯光、旗语1980年光电话无线光通信1970年光纤通信2024/5/258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。2024/5/259光纤通信的传输窗口及传输波长的划分 n光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是传输的是光波信号；二是传输光信号的介质是光纤。光波在光纤中传输时会带来一定的传输损耗。光纤每千米的长度损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。光纤对不同波长的光波信号呈现出不同的衰减特征。于是，很自然地就会将低损耗地波长用于光纤通信，并将低损耗波长点称为传输窗口。2024/5/2510目前光纤通信采用的通信窗口 n短波长窗口，波长为0.85m。n长波长窗口，波长为1.31m和1.55m。其中，在0.80.9m波段内，损耗约为2dB/km;在1.31m波长处损耗为0.35 dB/km；在1.55m处，损耗为0.2 dB/km。2024/5/2511传输波长的划分 n根据传输的波长，可以将光纤通信系统分为短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统以及超长波长光纤通信系统。短波长光纤通信系统工作波长为0.80.9m，中继距离小于或等于10 km；长波长光纤通信系统工作波长为1.01.6m，中继距离大于100 km；超长波长光纤通信系统工作波长大于或等于2m，中继距离大于或等于1000 km，采用非石英光纤。2024/5/2512常见光纤名词n色散色散(Dispersion)：在光纤中，光信号是由很多不同的成份（如不同的模式、不同的频率）组成的，由于信号的各频率成份或各模式成份的传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成份之间出现时延，从而引起信号畸变，这种现象称之为色散。也就是出现时延差，从而引起脉冲展宽。时延差越大，色散就越严重，所以常用时延差表示色散程度。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。2024/5/2513常见光纤名词n按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。n模式色散：模式色散：就是由于轨迹不同的各光线沿轴向的平均速度不同所造成的时延差。模式色散一般存在于多模光纤中，由于在多模光纤中同时存在多个模式，不同模式沿光纤轴向的传播速度不同，到达终端时就有先后，出现时延差，从而引起脉冲展宽。n材材料料色色散散：光纤材料的折射率随光波长的变化而变化，从而引起脉冲展宽的现象称为材料色散。不同波长的光脉冲将有不同的传播速度，在到达出射端面时将产生时延差，从而使脉冲展宽。n波波导导色色散散和极极化化色色散散就不作介绍。在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。2024/5/2514常见光纤名词n模模式式光学波动理论认为，光纤是一种传光的波导，光波在光纤中只能以一定形式的电磁场分布进行传输，这种周期性的电磁分布称为模式，通常为模。n截截止止波波长长：截止波长是指单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤就只能传播一种模式（基模）而在该波长之下，光纤可能传播多种模式。2024/5/2515常见光纤名词n零零色色散散波波长长：当波导色散与材料色散在某个波长互相抵消，使总的的色散度为零时，该波长即为零色散波长。n波长：波长：波长所指的是光源的波长 2024/5/2516光纤、光缆的标准 nITU-TITU-T（国际电信联盟电信标准化机构）分别对G.651G.651光纤、G.652G.652光纤、G.653G.653光纤、G.654G.654光纤、G.655G.655光纤的主要参数特性进行了标准化。n G.651G.651光纤称为渐变型多模光纤，这种光纤在光纤通信发展初期广泛应用于中小容量、中短距离的通信系统中。nG.652G.652光纤称为常规单模光纤，其特点是在波长1.31m处色散为零，系统的传输距离一般只受损耗的限制。目前世界上已敷设的光缆线路90%采用这种光纤。G.652光纤的缺点是在零色散波长1.31m 处的损耗不是最小值，大约为0.4 dB/km左右。在1.31m光纤放大器投入使用之前，要实现长距离通信只能采用光一电一光的中继方式。2024/5/2517nG.653G.653光纤称为色散位移光纤，其特点是在波长1.55m处色散为零，损耗又最小。G.653光纤适用于大容量长距离通信系统中，特别是20世纪80年代末期1.55 m分布式反馈激光器（DFB-LD研制成功和90年代初期1.55 m掺铒光纤放大器（EDFA）投入使用后，突破了通信距离受损耗的限制，进一步提高了大容量长距离通信系统的水平。光纤、光缆的标准 2024/5/2518光纤、光缆的标准nG.654G.654光纤称为截止波长光纤，其特点是在波长1.31m 处色散为零，在1.55 m处色散为1720 ps/nm.km，和G.652光纤相同。但从损耗上看，G.654光纤在1.55 m 处的损耗要小于G.652光纤在 1.55 m处的损耗，可达到0.2 dB/km 以下，因此G.654光纤也称为1.55 m 损耗最小的单模光纤。这种光纤实际上是一种用于1.55 m 波长的改进的常规单模光纤，目的是增加传输距离。2024/5/2519光纤、光缆的标准nG.655G.655光纤称为非零色散位移光纤，是一种改进的色散位移光纤。在密集波分复用（DWDM）系统中，当使用波长1.55 m 色散为零的色散位移光纤时，由于复用信道多，信道间隔小，将出现四波混频的非线性效应，这种效应是由于多个波长的传输光混合而产生的有害频率分量，从而使各信道之间相互干扰，如果色散为零，四波混频的干扰十分严重，如果在光纤中存在微量色散，四波混频反而减小。为了消除四波混频的非线性效应，研制出了非零色散位移光纤。G.655光纤的特点是有效面积较大，零色散波长不在1.55 m，而在1.525m 或1.585m 处，在1.55m 处有适当 的微量色散，其值大到足以抑制DWDM系统中的四波混频效应，允许信道速率达到10Gbit /s 以上。非零色散位移光纤具有常规单模光纤和色散位移光纤的优点，是最新一代的光纤。这种光纤在密集波分复用系统和孤子传输系统中使用，实现了超大容量、超长距离的通信。2024/5/2520传输光纤的参数指标2024/5/2521传输光纤的参数指标2024/5/2522光缆的种类、型号及规格传输 n根据传输性能、距离和用途，光缆可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。n按光纤的种类可分为多模光缆、单模光缆；按光纤套塑方法可分为紧套光缆、束管式新型光缆。n按光纤的芯数多少可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆、二十四芯光缆和四十八芯光缆。2024/5/2523光缆的种类、型号及规格传输n按加强件配置方法可分为中心加强构件光缆（骨架光缆）；分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆）；护层加强构件光缆（如束管钢丝轻铠光缆）。n按敷设方式可分为管道光缆、直埋式光缆、架空光缆和水底光缆。n按护层性质材料可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆等。n按传输导体介质状况可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。2024/5/2524光缆的种类、型号及规格传输n目前通信用光缆可分为：n室（野）外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设光缆。n室（局）内光缆用于室内布放的光缆。n软光缆具有优良的曲扰性能的可移动光缆。n设备内光缆用于设备内布放的光缆。n海底光缆用于跨越海洋敷设的光缆。n特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。2024/5/2525光缆型式组成n 光缆型式有五部分组成如上图 2024/5/2526光缆型式组成n分类的代号及其意义为：nGY通信用室（野）外光缆。GR通信用软光缆。GJ通信用室（局）内光缆。GS通信设备室内光缆。GH通信用海底光缆。GT通信用特殊光缆。n加强构件的代号及其意义为：n无符号金属加强构件；F非金属加强构件；G金属重型加强构件；H非金属重型加强构件。2024/5/2527光缆型式组成n派生特征的代号及其意义为：nB扁平式结构；Z自承式结构；T填充式结构。n护层的代号及其意义为：nY聚乙烯护层；V聚氯乙烯护层；U聚氨酯护层；A铝聚乙烯粘结护层；L 铝 护 套；G 钢 护 套；Q 铅 护 套；S钢铝聚乙烯综合护套。2024/5/2528光缆型式组成n外护层的代号及其意义为：外护层是指铠装层及其铠装外边的外被层。外护层的代号及其意义如表：2024/5/2529光缆的规格n光缆的规格有五部分七项内容组成如下图n光纤规格代号：光纤的规格由光纤数和光纤类别组成。n光纤数目代号：用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表示。n光纤类别代号：用大写A表示多模光纤，大写B表示单模光纤，再以数字和小写字母表示不同种类、类型的光纤。2024/5/2530举例n光缆型号为：GYTA5342D10/125其表示意义为通信室（野）外光缆，金属加强构件，松套层绞结构，油膏填充式结构铝聚乙烯粘结护套，皱纹钢带铠装，内装8根纤芯直径为10m、包层直径125m的常规单模光纤。2024/5/2531光纤的结构纤芯纤芯包层包层二次涂复层二次涂复层一次涂复层一次涂复层2024/5/2532光纤的结构n纤芯：折射率较高，用来传送光；n包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；n涂复层：起增加弯曲强度和柔韧性的作用。尾纤 橘色 MM 黄色 SM2024/5/2533常见光纤名词n数值孔径（Numeric Aperture）NA=SIN 接收锥接收锥2024/5/2534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NANANA2024/5/2535 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50/62.5um12595012562.5125光纤的尺寸2024/5/2536n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2024/5/2537单模、多模光纤的定义及其特性和主要参数：单模光纤：只传一种光信号（HE11）模式的光纤为单模光纤。多模光纤：能传两种以上光信号模式的光纤为多模光纤。单模光纤的芯径只有几微米，而多模光纤的芯径有几十微米，两种光纤的包层直径，包层不圆度均相等。其外，单模光纤还有重要参数模场直径及场同心度，截止波长。多模光纤还有数值孔径，折射率分布，传输带宽等参数。单模光纤适用于大容量长距离通信，多模光纤适用于中容量，中距离通信。2024/5/2538单模、多模光纤的定义及其特性和主要参数：n单模光纤几何参数：（1）模场直径：模场直径是表示基模场强空间强度分布集中程度的度量。（2）模场同心度误差：模场同心度误差指光纤模场中心与包层中心之间的距离。（3）包层直径（4）包层不园度。n单模光纤的光学特性：（1）截止波长 n单模光纤的传输特性：（1）色散（2）衰减 2024/5/2539常用连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack2024/5/2540常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type2024/5/2541常用连接器类型BICONIC TypeD4 TypeSMA 905 TypeSMA 906 TypeMINI BNC Type2024/5/2542连接头端面类型Ferrule+Flange Insertion Loss(插入损耗)40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB2024/5/2543几个问题n影响光纤传输质量的传输特性有那些？影响光纤传输质量的传输特性为光纤的传输 衰减及单模光纤的色散，多模光纤的带宽。n光缆敷设和接续时如何考虑端别？光缆弯曲半径及1310nm光纤的弯曲半径是多少？长途光缆线路端别为：东（北）方向为A端，西 （南）方向为B端。分支光缆的端别应服从主干光缆的端别。光缆的弯曲半径光缆外径的1520倍，1310nm光纤的弯曲半径40mm。2024/5/2544几个问题n光纤接续时，其光纤端面制备要求如何？熔接过程有哪些步骤？光纤接续时，其光纤端面应平直并垂于光纤纵向轴线，角度误差0.50，若端面质量不良时，应重新制备。光纤熔接过程主要有三步及光纤对准，端面予熔清洗，推进放电熔接。2024/5/2545 光纤光缆知识讲座结束谢谢！2024/5/2546