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1、1,光纤通信及SDH基础理论培训讲义,河南网通网络运维部,清洁光纤处理回损,光纤清洁 专用光纤清洁工具: 擦纤器 专用擦纤纸（干，湿） 光纤放大镜 清洁法兰盘的专用棉签 禁止使用酒精清洁光接头 用湿擦纤纸清洁光接头和发兰盘表面, 避免2次污染 同时清洁发兰盘两端 有条件的用放大镜观察后,再接好尾纤 擦纤器单次使用, 不能重复,常见光纤接头,常见光纤接头,常见光纤接头,常见光纤接头,常见光纤接头,前 言,8,光纤通信及SDH技术是近年来兴起的一种通信新技术，目前SDH系统已取代在电信网中起过重要作用的PDH系统；SDH传输设备采用了许多新技术，为使广大传输设备维护技术人员和管理人员具备SDH基本
2、的理论知识和专业维护技能，素质和水平进一步提高，以提高传输技术水平，适应实际维护的要求，并考虑到在实际维护中员工自学和内部培训的方便，特制定编写了本培训讲义。,9,第一章 光纤通信简史 第二章 光纤通信基本原理 第三章 SDH基本概念 第四章 SDH常见设备 第五章 SDH采用的光纤和光接口 第六章 SDH网同步 第七章 SDH网络主要性能参数 第八章 SDH传送网及网管系统 结束语,内 容 提 要,3000年前的烽火台；17世纪中叶，发明了望远镜；1791年，法国人发明了信号灯。 1880年贝尔发明光话，他以日光为光源，大气为传输媒介，传输距离是200米； 1881年贝尔发表了论文关于利用光
3、线进行声音的复制与产生；贝尔的光话始终没有实用化：1、没有可靠的、高强度的光源；2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。,10,1、古代光通信,1960年，第一台相干振荡光源-红宝石激光器问世；1962年，半导体激光器问世； 1966年，英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士发表了一篇论文，提出利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信媒介，光纤的衰耗可低于20dB/km。 1970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器 1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的低损耗石英光纤。 1975年，850nm多模光纤(0.81dB/km)，AlGa
4、As光源。1976年，1310nm 多模光纤(0.5dB/km)，InGaAsP光源，PIN和APD探测器。1982年，1310nm单模光纤(0.5dB/km)，InGaAsP光源，PIN和APD探测器。1983年， 1550nm单模光纤(0.16dB/km)。,2、1970年光纤通信元年,光通信历史,光频 100THz 光纤理论带宽 1THz 目前传输能力 10Gb/s(电复用)、40Gb/s(光复用) 限制： A. 电子器件 B. 光电器件 C. 光纤特性,光纤通信现状,光强度调制/直接检测(IM/DD) 相干光通信 光复用通信 光孤子通信 全光通信 量子光缆通信,光纤通信的发展,13,第
5、一章 光纤通信简史 第二章 光纤通信基本原理 第三章 SDH基本概念 第四章 SDH常见设备 第五章 SDH采用的光纤和光接口 第六章 SDH网同步 第七章 SDH网络主要性能参数 第八章 SDH传送网及网管系统 结束语,内 容 提 要,14,第一节 概述,一、光纤通信的特点 光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式。其特点如下 1 传输频带宽，传输容量大。 2 传输损耗小，中继距离长。 3 抗干扰能力强，不受电磁干扰的影响。 4 重量轻，体积小便于施工。,15,二、光通信的工作波长,长波 中波 短波 超短 微波 光波 紫外线 X射线 射线,f,300k 3M 30M 300
6、M 300G 3E,1GHz=109Hz 1EHz=1015Hz 1m=10-6 m =C/f C=3x108m/s,光通信的波长范围： 0.81.8m 光通信的三个工作波长：0.85m 1.31m 1.55m,光波是人们可以用于通信上的最后一种电磁波！,16,三 、 光纤通信系统的组成,作用：数字设备：模/数转换及数字复接 光端机：将电脉冲转换为光脉冲 光中继机：再生光脉冲延长通信距离 光纤： 信号的传输通路。,17,注意：1 电端机可以是模拟的也可以是数字的。 2 光端机的接口码是电码型 有两种，HDB3和CMI码。 3 光端机的线路码是光码型有三种，NRZ、mBnB和 插入比特码。 4
7、用户种类：交换用户、非交换用户、转接用户和数字数据型用户。 5 通信方式：光强度调制直接检波的通信方式。,18,第二节 光纤与光缆,一 光纤 1、结构和种类,结构： 纤芯和包层使用sio2，一次涂层使用硅酮树脂、硅胶等，套塑层为塑料。纤芯折射率为n1包层折射率为n2,对于任何光纤有 n1 n2，2b=125m。 折射率定义为： n = C/V,C为真空中的光速，V为介质中的光速。,19,种类： 按折射率分布分：阶跃光纤，渐变光纤。 按传输模式分：多模光纤，单模光纤。 单模光纤 2a 10m 多模光纤 2a = 50-75m 光纤的符号：,或：,目前使用的光纤是：石英玻璃、单模、 阶跃光纤。,2
8、0,2、光纤的导光原理 1光的全反射,21,全反射的必要条件： n1 n2 全反射的充分条件： 1 c,22,2阶跃 光纤的传光过程,23,当1 c 时入射光可以在光纤中传播,当1 c 时入射光不能在光纤中传播,24,当1 = c 时入射光在界面掠射也不能正常传输,n1,n2,1=c,此时以对应的角称为光纤的数值孔径用NA表示 定义：NA = sin 数值孔径反应光纤接收光线的能力。,光纤的传光条件： a 纤芯折射率必须大于包层折射率即n1 n2。 b 入射光线必须在数值孔径以内。,25,3渐变光纤的传光过程,n0,n2,a b,r,n,n0,n2,因此渐变光纤又称为自聚焦光纤,26,3、 单
9、模光纤 单模光纤以其传输带宽很宽，传输性能优良被广泛使用。 模式：光的场型分布称为光的传输模式。,用射线光学的方法解释如下： a 每一条入射光线代表光的一个传输模式。 b 入射角小的光线对应低阶模，入射角大的光线对应高阶模。 c 低阶模容量传输，高阶模不容量传输。 d 数值孔径以内的光线称为传导模，数值孔径以外的光线称 为幅射模。,27,28,1数值孔径以内 2数值孔径以外,单模光纤只传一个模式，并只传基模！,29,给定一个光纤其传输模式的数量是多少？（即传导模的数量）,无穷多呀！,30,31,传导模的数量与下述参数有关,光纤的归一化频率v V = n1 a 2 = 纤芯和包层的相对折射率差。
10、 a 纤芯半径。 工作波长。 传导模数量N与V成正比。,2,n1 - n2,n1,单模传输条件为： V 2.405,32,二 光纤的传输特性,1、光纤的损耗特性,P1,P2,L,损耗大小的衡量：,P1-P2,33,光纤损耗产生的原因,瑞利散射损耗,杂质吸收损耗,结构损耗,微弯曲损耗,接头损耗,固有损耗,附加损耗,光纤损耗,34,损耗主要影响系统的中继距离 工程和维护工作中用来测光纤损耗的仪表叫OTDR，光时域反射仪。,OTDR可测试光纤的总损耗、每公里损耗、接头损耗、光纤长度、断点位置等。,杂质吸收是指金属离子和- OH造成的能量吸收。,35,结构损耗又称为波导损耗是由于波导结构不理想造成的。
11、,微弯曲是指曲率半径为微米级的弯曲和形变。通常弯曲半径在5cm以上对光信号没有什么影响。,36,光纤熔接机的组成,37,损耗主要影响系统的中继距离,38,2、光纤的色散特性,定义：不同的光信号在光纤中传输时产生的时延差。 不同的光信号是指不同模式和不同波长的光信号。,39,色散的影响,色散造成脉冲展宽，导致码间干扰，降低传输速率，因此色散主要影响系统的传输容量。,40,色散的种类,模式色散：不同模式的光信号在光纤中传播的途径不 同引起的时延差，ns/km. 材料色散：不同波长的光在光纤中的传播速度不同引 起的时延差，ps/km. 波导色散：由于光纤结构不完善引起的时延差，ps/km.,通常：模
12、式色散材料色散波导色散,41,1.31m,材料色散,波导色散,Ps/km,零色散波长和波长位移,由图可见材料色散和波导色散在1.31 m处相互抵消，称之为零色散波长，该波长处光纤带宽极大。零色散波长还可以人为向长波长方向移动，构成所谓的色散位移光纤。,42,常规单模光纤：G.652光纤，工作波长1.31m，典型损耗值 0.33dB/km。 色散位移光纤：G.653光纤，工作波长1.55m，典型损耗值 0.21dB/km。 非零色散光纤： G.655光纤，用于波分复用系统，工作波段为 1.535-1.565m，通过引入色散限制光纤的非线性效 应，提高波分复用的密度。 色散补偿光纤：DCF光纤，用
13、于补偿G.652光纤在1.55m处的正色散。,实用光纤的四种类型,43,第三节 光源和光发送机,一、光纤通信中使用的光源,1 波粒二象性 光即是电磁波又是粒子，古来就有这两种说法，其代表人物分别是惠更斯和牛顿，近代的代表人物是麦克斯韦和爱因斯坦。其理论依据是电磁场理论和量子理论，光现象必须用这两种理论同时解释，才能得到比较园满的结果，这在物理学上是独一无二的。光的粒子说认为，光是一粒粒以光速运动的粒子流，这些粒子称之为是光量子，简称光子，光子具有能量hf，光子的能量由其频率所决定，一束光的能量是其中所有光子能量的集合。,44,2 光与物质的相互作用,光与物质的相互作用由量子理论来解释，量子理论
14、指出有三种作用方式。 自发幅射：高能级上的粒子自发的向低能级上跃迁，在跃迁的过程中释放能量向外放出光子的过程。普通光源的发光过程,E2,E1,特点：产生的光子互不相干。,45,E2,E1,受激幅射：在外来光子的激励下，高能级上的粒子向低能级上跃迁，放出光子的过程。激光光源的发光过程。,受激吸收：在外来光子的激励下，低能级上的粒子获得能量向高能级上跃迁，吸收光子的过程。光的衰减过程。,特点：产生的光子完全相同，具有光的放大作用。,特点：吸收入射光的能量。,46,种类：1、半导体激光器LD：发激光。 2、半导体发光二极管：发荧光。 材料：化合物半导体如，GaAlAs、GaAs、InGaAsP等。
15、结构：PN结结构，加正向电压工作。 符号：,3 光通信中使用的光源,激光：由受激幅射产生的光称为激光，或由光振荡器产生的光，光振荡器又称为量子振荡器。 激光的特点：单色、同相、方向性强。激光 又称为相干光。,47,二 光发送机,1 对光发送机的要求 1合适的输出光功率 2消光比要小 Ex = 10% 3调制性能要好 目前最高调制速率已达到10GHz,大小合适 0.015mw之间 幅度稳定 与标称值偏差在5%-10%,全0光功率 全1光功率,调制速率要高 调制效率要高,48,输入接口：均衡电缆特性，并将接口码转换为机内码。 扰码：使码流中0和1等概出现，统计性避免长连0。 线路编码：将码流转换为光的线路码，便于在光纤中传输。 驱动电路：给光源提供合适的工作电流，驱动光源发光。 光
