光学产品基础知识剖析

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1、光学基础知识 2007.4.30 大纲: v一、光通讯定义 v二、光通讯工作波段 v三、光通讯优越性 v四、通讯的发展 v五、常见的光无源器件 v六、常见的光有源器件 v七、基本光学参数 v八、光纤简介 v九、Connector 简介 一、光通信定义 v通信:就是互通信息，相互传递信息。信息的 含义很广，声音是信息，图象是信息，数据 也是信息。 v光通信：是指以激光作为载体，以光纤作为 传输媒介的通信方式。它有传输性能优异， 传输带宽极大等特点 二、光通信工作波段-1 电磁波频谱图 可见光波 射线 射线 紫外线 红外线 微波 无线电波 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10

2、-2 1 102 波长(m) v光通信所使用的范围在8001600nm的近红外区内，具体 波长为850nm、1300nm、1310nm、1550nm。（另见光纤衰 减谱） 二、光通信工作波段-2 三、光通信优越性-1 1）尺寸小、重量轻、成本低，便于运输和敷设。 2）光纤不怕电磁干扰、防雷电；用于电力及铁道通信，交通。 3）光纤衰耗极低、传输距离长； 4）光纤具有极大的传输带宽，容量大，可适应各种业务要求。 5）光纤通信传输质量好、信号串扰小、保密性好。 6）耐化学腐蚀，适用于特殊环境。 7）原料资源丰富，节约有色金属。 三、光通信优越性-2 v1、光通信主要优点 例：容量大 红光频率：=51

3、014Hz，标准电话频带宽度：=4103Hz 按频分复用，能容纳话路为：N=/=1.251011 光纤与电通信传输介质的特性比较： 传输介质 带 宽 衰减系数 中继距 敷设安装 接续 （MHz） （dB/km） （km） 对称电缆 6 20(4MHz) 12方便 方便 同轴电缆 400 19(60MHz) 1.6方便 较方便 微波波导 40120 2 10特殊 特殊 光纤光缆 10000 0.23 50方便 特殊 四、光通信的发展 v1966年 美籍华人高锟和Georgo.A.Hockham提出光纤通信概念。 v1970年 美国康宁公司的马勒等人首先研制出衰耗为20dB/km的光纤。 v197

4、6年 发现光纤衰减的两个窗口：1310nm，1550nm。 v1980年 1550窗口衰减降至0.20dB/km，接近理论值。 v80年代初 多模光纤通信系统已经投入商用，单模光纤通信系统也进入了现 场试验。 v1983年 在我国，连接武汉三镇的8Mb/s系统的投入使用。 v目前光通信的各项技术（光纤光缆、器件、系统）已非常成熟。光通信逐 步向系统高速化、网络化，光纤长波长化，光缆纤芯高密化，器件集成化 等方向发展。 向长波长化，集成化方向发展向长波长化，集成化方向发展 有源器件-无源器件 v不依靠外加电源（直流或交流）的 存在就能独立表现出其外特性的器 件就是无源器件。 v否则就称为有源器件

5、。 五、常见的光学无源器件-1 v1、跳线（Jumper cable) v单模：黄色 v多模：桔色 v通常为2m 五、常见的光学无源器件-2 v2、耦合器（Coupler)（Splitter) 五、常见的光学无源器件-3 v光分路器（Splitter）的结构 五、常见的光学无源器件-4 (Fiber Array) Fiber Array 五、常见的光学无源器件-5 v隔离器（Isolator) v只容许光单向传播 五、常见的光学无源器件-6 v波分复用器（WDM-Wavelength Division Multiplexers） vWDC：Wavelength Dependent Couple

6、r 五、常见光学无源器件-7 (AWG) 密集波分复用器DWDM(Dense WDM-Wavelength Division Multiplexers ) -光栅，薄膜，平面波导（AWG） AWG 图片 五、的常见的光学无源器件-8 (Filter) DOC Color Filter 图片 五、常见的光学无源器件-9 v光交叉复用器：OXC-Optical cross connect v可调衰减器：VOA-Variable optical attenuator OXC 图片 OXC 图片 何为OXC? v-路由器 v OXC是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监 控和网管的多功能OTN传输设备

7、，对于一般传输 网络而言，OXC并不是一种必须的网元，其必要性 和重要性取决于网络规模、规划者的保护/恢复策 略和对网络可靠性的要求等各方面因素。但从整个 传输网络看，为了提供网络必须的灵活配置能力 和以较小的冗余代价(含线路和设备)具备必要的保 护/恢复功能，则必须在网络中配置OXC设备，而 且一旦在网络中采用了OXC设备，其在网络中必 然处于中心地位，成为最核心的网元。 OXC在网络中的基本用途 vOXC在网络中的基本用途是进行自动的业务疏导，着眼点 在网络。其主要功能有： 1.提供以波长为基础的半永久的交叉连接功能； 2.对波长通道进行配置以实现对 网络光纤资源的优化 ； 3.当网络出现

8、故障时，迅速提供网络的重新配置； 4.根据业务量的变化优化网络； 5.尽量允许运营者自由使用各种信号格式(即尽量保持 网络的透明)。 五、常见的光学无源器件-10 v其他重要的光无源器件 (1)光开关 switch(按工作原理分为:机械式 (LB);磁光式(CL),电光式等等) (2)光环行器circulator. 六、常见光有源器件 v光源: LED-Light-emitting Diode、 LASER Diode-Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation TOSA，ROSA，PD v光放大器（EDFA）(Erbium-

9、doped Optical Fiber Amplifier ) v调制器 v驱动器 七、基本光学参数-0 v损耗定义： v衰减产生的原因： A、由吸收造成的损耗，吸收损耗时由于制造光纤的 材料不纯所引起的，这些杂质包括过渡金属（Cr、Cu 、Fe、Mn）离子和氢氧根离子（OH-）。 B、由散射造成的损耗，是由光纤不均匀性所产生的 散射引起的，与吸收损耗相比，散射损耗不存在光- 热之间的能量转换。 C、由光纤弯曲造成的辐射损耗。 = -10lg（P0/Pi） (dB) 通光原理 七、基本光学参数-1 v1、插入损耗：IL-Insertion Loss v2、回波损耗：RL-Return Loss

10、 七、基本光学参数-2 vIL测量 七、基本光学参数-3 vRL测量 七、基本光学参数-4 v3、方向性：DIR-Directivity v4、过盈损耗：EL-Excess Loss 七、基本光学参数-5 v5、损耗一致性：IL Uniformity:ILmax-ILmin v6、波长依存损耗：WDL:Wavelength Dependent Loss 七、基本光学参数-6 vPDL是光器件或系统在所有偏振状态下的最 大传输差值。它是光设备在所有偏振状态下 最大传输和最小传输的比率。 vPDL定义如下： PDL=-10logTmax/Tmin 其中Tmax和Tmin分别表示测试器件（DUT）的

11、 最大传输和最小传输。 七、基本光学参数-6 v7、温度依存损耗 vTDL:Temperature Dependent Loss vTDL(2585)= TDL(85) -TDL(25) vTDL(25-40)= TDL(-40) -TDL(25) vTDL(85-40)= TDL(-40) -TDL(85) 七、基本光学参数-7 (Fiber Dispersion) v光纤的色散:Fiber Dispersion v光纤的色散，有时又称为色度色散，是指单位长度内基模的群时延 随波长的变化率。与通常所说的色散概念不同。描述色散的参数是 色散系数，它的单位是ps/km.nm，其中ps代表10-1

12、2秒。它是引起光 脉冲的波形产生失真、畸变，使光脉冲的宽度变宽（幅值也随之下 降）的主要原因。尤其是在大容量高速率的时候。 v光纤的色散有三种：材料色散、波导色散以及模间色散。材料色散 是由制造光纤材料的折射率n随波长变化而产生的；波导色散则 是由于光纤结构尺寸a/随波长变化而产生的。材料色散和波导 色散是同一个模内不同波长的色散，而模间色散（存在于多模光纤 中）是同一波长不同模之间的色散。一般情况下，模间色散最大， 材料色散次之，波导色散最小。 七、基本光学参数-8 (Fiber Dispersion) 七、基本光学参数-9 v8、偏振模色散： vPMD-Polarization Mode

13、Dispersion 是指基模的两个正交偏振模在传输过程中， 由于纤内的残余应力等作用，而引起群时延差。随着光纤中继距离 的增长以及传输速率的提高，偏振模色散（PMD）显得日益重要了 。 PMD值：是一种统计随机规律的参数，它有两种定义： 用平均群时延差来表示，其单位为：ps/km 用两个偏振模的传输时间的均方根差来表示，其单位为；ps/km 七、基本光学参数-10 v9、工作波段： Operating Bandwidth 0.5dB / 1dB / 3dB 七、基本光学参数-11 v10、中心波长：Center Wavelength v11、串扰：Crosstalk =XT vAX:Adja

14、cent Channel XT vAX-:Left Channel XT AX+:Right Channel XT vNX:Non-adjacent channel XT vTX:Total XT v12、截止波长：Stopband-Bandwidth/ 20dB / 40dB vRipple Coherent Total XT Total Channel Crosstalk,TX 示意 图 八、光纤简介 光纤的定义 光纤是光导纤维(OF：OpticalFiber)的简称，在光通信系统中常常将 Optical Fiber(光纤)又简化为Fiber。光纤实际是指由透明材料作成的纤芯和在 它周围采

15、用比纤芯的折射率稍低的材料作成的包层所被覆，并将射入纤芯的光信 号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。 光纤的成分(一般) 通信光纤的主要是由高纯度石英组成 光纤结构光纤结构 光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯、 中间为低折射率硅玻璃包层、最外是加强用的树脂涂层 八、光纤简介 纤 别ITU IEC 小 类 阶跃型、梯度型 50/125、 A1a 62.5/125A1b G652 非色散位移光纤 B11 1550nm低损耗光纤 B12 G653色散位移光纤B2 G654截止波长位移光纤 G655非零色散位移光纤 G651多模光纤 单模光纤 B4 光纤的分类光纤的分类1:1: (一)按纤芯折射率的分布来分:阶跃型光纤/梯度型光纤/环型光纤/W型光纤。 (二)按传导模式来分： 多模光纤/单模光纤/特种光纤 (三)按光纤的构成材料来分： 硅酸盐光纤/氟化物光纤/塑料光纤/液体光纤 A B A B 说 明 八、光纤简介-光纤分类2 八、光纤简介-光纤分类3 vG652B:SMF28 vG652C:SMF28e(无水峰光纤） 八、单模光纤结构 八、光纤制作-预制棒 八、光纤制作-拉丝 八、光纤通光原理1 八、光纤通光原理2 几何特性_多模光纤: 纤芯直径 (50/62.5) 3.