1、光纤通信基础知识光纤通信基础知识 作 者：王 勇 (Fiber Handbook Technology Data) 美德（四川）电气有限公司 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
2、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 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 临界角临界角 900 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
3、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 输入输入 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NA NA NA 外径一般为125um(一根头发平均100um) 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
4、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
5、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/km 1550nm 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。 ?
6、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
7、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 Lo
8、ss(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
9、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 光源光源 接收单元 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 （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1
10、0%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 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！
