光传输常用概念

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1、光传输常用概念光传输常用概念有源器件 需要电源（交流或直流）提供支持组成的器件或设备，有源器件不可反过来使用，它只能是单向传输。无源器件 在输入与输出之间建立某种映射关系，与输入信号无关，仅与控制信号有关系。光纤损耗 是指光脉冲信号在光纤中传输，随着传输距离的增加，脉冲幅度逐渐减小。光纤色散 是指光脉冲信号在光纤中传输，随着传输距离的增加，脉冲宽度在时间上发生 宽，产生主波形畸变。与接收端前置放大器和解复用器前的参考点之间的通道。色散补偿技术 在较低速率时，光纤可以看成是对数据速率无关的传输媒质，但对高速信道来说，却不是如此。绝大多数已敷设的光纤在 1310nm 波段呈现零色散，而在 1550

2、nm 波段则具有18psnm?km 的色散。色散效应将导致脉冲展宽从而引起误码，这是高速系统长距离传输的主要限制。传输损耗 表示单频电信号经过传输系统后强度的变化情况，也叫衰减，既信号的功率随传输距离的增加而减小。光纤链路的衰减看成“直流”和“交流”两部分之和。 “直流”衰减就是所谓光损耗，以每公里分贝，即 dB/km 来度量。 “交流”衰减依赖于光波所承载的信号频率。该频率越高，则衰减越大，而且通常呈低通滤波特性。该频率高达一定程度，衰减大到不足以维持光纤链路正常的信息传输。可以作正常传输对应的最高频率，称为光纤带宽，通常以 MHZ.Km 或 GHZ.Km 来度量。 “交流”衰减的物理实质是

3、光纤色散。该色散导致在光纤中经过传输的光脉冲宽度变宽，相邻的光脉冲发生部分交叠现象，而难以正确判断，造成不可靠的信息恢复。造成光纤衰减主要因素 本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。本征 是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。弯曲 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。挤压 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。杂质 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。不均匀 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。对接 光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于 0.8m)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。光子 即能量为 hf 的

4、光量子，不同频率的光子具有不同的能量。而携带信息的光波，它所具有的能量只能是 hf 的整数倍。当光 与物质相互作用时，光子的能量作为一个整体被吸收或发射。透明 用于修饰或说明一种进程或过程，它允许用户调用它，而用户并不需要知道它的存在。受激吸收 就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态。自发辐射 是指高能态的原子自发地辐射出光子并迁移至低能态。这种辐射的特点是每一个原子的跃迁是自发的、独立进行的，其过程全无外界的影响，彼此之间也没有关系。因此它们发出的光子的状态是各不相同的。这样的光相干性差，方向散乱。受激辐射 是指处于高能级的原子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出一

5、个和入射光子同样频率的光子。密集波分复用技术 光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分，光信道非常密集；光波分复用指光频率的粗分，光倍道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。常规石英单模光纤本身在 155m 波段提供了约 25THz 的低损耗窗口，也就是说在不考虑光纤损耗对传输的限制时，155m 的单一光载波能够以近 25Tbs 的比特率进行基带调制。但是，当前的光电器件不可能达到这么高的速率，激光器、外调制器、开关和检测器的带宽充其量不超过

6、100GHz。因此，依靠单路高速信道只可能利用光纤带宽的极小一部分，要提高光纤带宽的利用率，必须依靠多信道系统。波分复用(WDM)技术是目前比较成熟的一项技术。它将位于不同光波长上的多个信道送进同一根光纤传输，而每个信道可以采用较为成熟、廉价的低码率通信系统(例如 25Gbs 或l0Gbs)。这样可以几倍甚至上百倍地提高传输容量。这是目前最有效的利用光纤带宽的方法。另一方面，WDM 的各个波长信道本身可以是 TDM、SCM 信道。DWDM 系统组成 一个 DWDM 系统的包括一组 ITU 波长的激光器，标准光接收机，掺铒光纤放大器 EDFA，DWDM 波分复用器。其中激光器是完成将传输到分前端

7、或节点的数字信号，转换成可以进行适合于传统模拟系统传输的信号的作用。单摸光纤和多模光纤 按光在光纤中的传输模式可分为： 单摸光纤和多模光纤。多模光纤：中心玻璃芯教粗(50 或 62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM 的光纤在 2KM 时则只有 300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯教细，约为 4-10um(一般为 9 或 10m)，只能传一种模式的光。单模光纤只传输立模，因此，其模间色散很小，使得这和光纤的传输，频带很宽，传输容易很大，适用于大容量，长

8、距离的光纤应用。但其色度色散起主要作用，这样单模 光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。我国在国家干线网上敷设的都是常规单模光纤。常用的单摸光纤 G.652 单模光纤： 满足 ITU-T.G.652 要求的单模光纤，常称为非色散位移光纤，其零色散位于 13um 窗口低损耗区，工作波长为 1310nm（损耗为 036dBkm） 。我国已敷设的光纤光缆绝大多数是这类光纤。随着光纤光缆工业和半导体激光技术的成功推进，光纤线路的工作波长可转移到更低损耗（0.22dBkm）的 1550nm 光纤窗口。G.653 单模光纤： 满足 ITU-T.G.653 要求的单模光纤，常称色散

9、位移光纤（DSFDispersion Shifled Fiber） ，其零色散波长移位到损耗极低的 1550nm 处。这种光纤在有些国家，特别在日本被推广使用，我国京九干线上也有所采纳。美国 ATT 早期发现 DSF 的严重不足，在 1550nm 附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在 1550nm 窗口的应用。但在日本，将色散补偿技术*用于 G.653 单模光纤线路，仍可解决问题，而且未见有日本的G.655 光纤，似属个谜。G.655 单模光纤： 满足 ITU-T.G.655 要求的单模光纤，常称非零色散位移光纤或 NZDSF（NonZero Dispersion

10、Shifted Fiber） 。属于色散位移光纤，不过在 1550nm 处色散不是零值（按 ITU-T.G.655规定，在波长 1530-1565nm 范围对应的色散值为 0.1-6.0psnm.km） ，用以平衡四波混频等非线性效应。商品光纤有如AT&T 的 TrueWave 光纤，Corning 的 SMF-LS 光纤（其零色散波长典型值为 1567.5nm，零色散典型值为 0.07psnm2.km）以及 Corning的 LEAF 光纤。我国的“大宝实”光纤等。LEAF 光纤： 商品名为 LEAF（Large Effective Area Fiber）的单模非零色散位移光纤，工作在 15

11、50nm 窗口；与标准的非零色散位移光纤相比，具有较大的“有效面积” ，因而较大的功率承受能力，适于使用高输出功率掺饵光纤放大器，即 EDFA 和密集波分复用（DWDM）技术的网络之用。输出功率限制 太高的光功率会导致光纤中诸如布里渊散射、Raman 散射以及其它的非线性效应，从而限制了无中继传输的距离。目前所使用的光纤放大器的最大输出总功率一般都小于 20dBm。分配器 分配器是有线电视传 x 系统中分配网络里最常用的部件，用来分配信号的部件。它的功能是将一路输入信号均等地分成几路输出，通常有二分配、三分配、四分配、六分配等。光信噪比（OSNR） 光信号传输后最重要的一个指标是光信噪比（OS

12、NR） 。掺铒光纤放大器除了放大输入的光信号之外，还产生 ASE 噪声，可以等效成一个理想的增益为 G 的放大器，和一个功率为 Pase 的噪声源相叠加。对于一个 N 个放大器的级联系统，每一级放大器将前一级的 ASE 噪声放大 G 位，同时叠加上本身产生的 ASE 噪声，噪声逐级积累，于是，光信噪比（OSNR）将逐级劣化。光信噪比定义为 OSNR=Psig/Pase 。由定义可知，可通过提高每个信道的光功率即提高掺铒光纤放大器的总输出功率来提高光信噪比，也可以通过降低放大了的自发辐射噪声（ASE 噪声）来提高光信噪比。对于一个 N 段光纤的系统，有 N+1 个光放大器级联，假设每一级放大器都

13、一样，每一段光纤损耗都等于放大器的增益，那么，终端放大了的自发辐射噪声 Pase=F(G-1)hvB0(N+1)。可以看出 Pase随放大器的级数线性增长，而光纤的损耗是随着光纤长度增长呈指数增长。根据假设，放大器的增益正好补偿光纤损耗，可以得出以下结论：Pase 不变时，降低中继长度（即增加掺铒光纤放大器增益），增加中继个数（即增加掺铒光纤放大器级联个数） ，要比增加中继长度，减少中继个数传输更远的距离。换一个角度说，传输距离相同的情况下，降低中继长度，增加中继个数，要比增加中继长度，减少中继个数时有较小的 Pase，即提高了接收端光信噪比（OSNR） 。光纤非线性问题 光纤中的非线性效应有

14、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)、受激喇曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)。SPM 的起源是光纤的局部折射率与光强有关(光 Kerr 效应)，因而信号的强度反过来又会调制信号的相位，SPM 与色散一起会导致信号脉冲的展宽或畸变。XPM 是因为某个信道的强度会调制其他信道的相位，而这种相位调制通过色散转变为强度调制，从而引入信道间的串扰。XPM 与波长信道的间隔成反比。FWM 的形成是两个信道的光信号通过三阶非线性混频导致频率为212 的新的光信号。在信道等间隔分布的情况下，FWM 产生的新成分有可能落在某个信道波长上，从而导致串扰。FWM 的形成需要严格

15、的相位匹配条件，因此只有在零色散波长上才比较明显，主要影响零色散光纤系统，在常规单模光纤中不需考虑。SRS 的后果是将较短波长信道的能量转移到较长波长上，不过阈值较高，对系统影响较小。SBS 则是因为光波与晶格中的声波相互作用，导致功率背向散射，使光功率下降；SBS 的阈值与光波的谱宽有关，对于连续光，阈值约为 9dBm，而对外调制光，阈值上升到 12dBm。因此，SBS 对通常的系统影响很小。总的来说，在光纤的各种非线性效应中，XPM、SRS 和 SBS 的影响很小，FWM 主要影响零色散波长附近的系统，SPM 的影响最大，限制了各个信道最大的输入光功率。光纤连接器类型 FCFC 型光纤连接器：前一个 FC 是Ferrule Connector 的缩写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；后一个 FC 表明接头的对接方式为平面对接。FCPC 型光纤连接器：是 FCFC 型连接器的改进型。其中 FC 的意义与前者相同；PC 是 Physical Connection 的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构。SC（F04）型光纤连接器：模塑插拔耦合式单模光纤连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与 FC 型相同，端面处理采用 P