第四章光纤通信基础知识

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光纤通信基础知识,(Fiber Handbook Technology Data),光纤通信的优点,通信容量大,中继距离长,不受电磁干扰,资源丰富,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,1966,年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。,1970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。,1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。,1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。,电磁波谱,1,cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm ,波長,10,G 100G 1T 10T 100T 1015 1016 1017 f(Hz),1.6,um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm,光通信使用范围,红外线,紫外线,光的基本知识,光是一种电磁波,可见光350nm750nm,光纤通信所用的波长8001600nm,光的反射、折射,全反射,光的基本知识,n1,n2,n1 n2,n1,n2,临界角,90,0,临界角,n1,n2,全反射,入射角,=,反射角,1,2,光纤的结构,纤芯,包层,保护套,光纤的结构,纤芯 core：折射率较高，用来传送光；,包层 coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；,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,数值孔径（Numeric Aperture）NA=SIN,接收锥,常见光纤名词,输入,输入,输出,输出,低数值孔径,NA,高数值孔径,NA,NA,NA,外径一般为,125,um(,一根头发平均,100,um),内径：单模9um 多模50/62.5um,125,9,50,125,62.5,125,光纤的尺寸,光纤的分类,按材料分类：,玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；,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；,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。,按照光纤的模式分类,单模（Single-Mode）,多模（Multi-Mode）,按折射率分类,阶越光纤,渐变折射率光纤,光纤的分类,光纤的损耗,1310,nm:0.35 0.5 dB/Km,1550 nm:0.2 0.3dB/Km,850 nm:2.3 3.4 dB/Km,光纤熔接点损耗：0.2dB/点,光纤熔接点 1点/2km,常见光纤名词,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,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,6,5,4,3,2,1,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。,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。,材料色散：不同波长的光行进速度不同。,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,G.652零色散点在1300nm左右,G.653零色散点在1550nm左右,G.654负色散光纤,G.655色散位移光纤,全波光纤,常见光纤名词,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,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 Type,SC Type,SC2 Type,FDD Type,常用连接器类型,BICONIC Type,D4 Type,SMA 905 Type,SMA 906 Type,MINI 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,耦合器（coupler）,主要功能再分配光信号,重要应用在光纤网络,尤其是应用在局域网,在波分复用器件上应用,无源器件,耦合器（coupler）,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,耦合器,以图形表示,1,4,2,3,无源器件,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,波分复用器（图例）,1,传送器,2,传送器,1+,2,1+,2,1,接收器,2,接收器,发送单元,驱动器,光源,接收单元,检测器,放大器,输出电路,光放大器,0,1,输入,（信号弱）,1,输出,（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,数字系统中脉冲的定义：,10%,90%,50%,脉冲宽度,上升时间,下降时间,周期,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,光纤通信中常用单位的定义：,1.,dB=10 log,10,(P,out,/,P,in,),P,out,:输出功率,;,P,in,:输入功率,2.dBm=10 log,10,(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,100,uw。,3.dBu=10 log,10,(P/1uw),光纤数字通信,