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1、1 光光纤纤通信通信 学学习习要点要点浙江浙江传传媒学院媒学院 陈陈柏年柏年第一章第一章 概述概述1、光光纤纤通信通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。2、光光纤纤通信通信发发展的两个关展的两个关键问题键问题：（1）合适的光源；（2）理想的传光媒介。3、光纤通信发展的四个阶段。4、光纤通信的五个优点：（1）传输容量大，（2）传输距离远，（3）抗干扰能力强，（4）重量轻，（5）寿命长。5、光纤通信的四个应用：（1）通信网，（2）计算机网，（3）有线电视网，（4）光纤接入网。6、光光纤纤通信的三种分通信的三种分类类方法方法：（1）按照传输信号类型分（模拟，数字），（2）按照光波长
2、和光纤类型分（短波长多模，长波长多模，1310nm 单模，1550nm 单模），（3）按照调制方式分（直接强度调制，外调制）。7、光光纤纤通信系通信系统统基本基本组组成成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接口设备。8、光纤通信的六个支撑技术：（1）光纤，（2）光源和光检测器，（3）SDH 传输体制，（4）光放大器，（5）WDM 复用技术，（6）全光网络。第二章第二章 光光纤纤光光缆缆一、光光纤纤1、光光纤纤的三的三层结层结构构：（1）纤芯（core），（2）包层（coating），（3）涂覆层（jacket）。2、光光纤纤的分的分类类（1）按照光纤截面折
3、射率分布： SIF， GIF；（2）按照光纤中传输模式数量： MMF， SMF；（3）按照按光纤的工作波长：短波长光纤，长波长光纤；（4）按照按照 ITU-T 关于光关于光纤类纤类型的建型的建议议：G.651 渐变型多模光纤，G.652 常规单模光纤，G.653 色散位移光纤 DSF，G.654 截止波长光纤，G.655 非零色散位移光纤（ NZ-DSF）；（5）按套塑（二次涂覆层）：松套光纤，紧套光纤。二、光的两种光的两种传输传输理理论论1、光的射光的射线传输线传输理理论论-几何光学法（1）满足斯奈耳反射和折射定律：利用光的折射和全反射原理将光波封闭在光纤中传输。2（2）几何几何导导光原理光
4、原理：光光纤纤是利用光的全反射特性是利用光的全反射特性导导光光；（3）阶跃折射率光纤的临界角 c（只有在半锥角为 c 的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播）（4）数数值值孔径孔径 NA：临临界角界角 c 的正弦。表示光的正弦。表示光纤纤接收和接收和传输传输光的能力光的能力，NA=0.180.23。2、光光纤纤波波动传输动传输理理论论-麦克斯韦波动方程法（1）光光纤纤模式模式：满足边界条件的电磁场波动方程的解，电磁场的稳态分布。光纤中光的传播常数决定电磁场分布形式（模式）。光纤中可能存在的模式有横电模 TE、横磁模 TM 及混合模 HE 和 EH 等四套模式。（2）归一化频率 V：一个求解贝塞尔方
5、程中引入的重要综合参数。光纤模式数目 M 取决归一化频率 V 的限定。传输模式数目随 V 值的减小而减少。（3）单单模模传输传输条件（截止条件）条件（截止条件）：当 Vc 时，光纤中才是单模传输。（5）模模场场直径直径 W0：纤芯中场分布曲线最大值 1/e 处所对应的宽度。四、光光纤传输纤传输特性特性1、光光纤损纤损耗耗（1）损损耗系数耗系数 ：单单位距离（位距离（1 公里）光信号能量衰减的分公里）光信号能量衰减的分贝值贝值。（2）光光纤损纤损耗的机理耗的机理吸收吸收损损耗耗：粒子吸收传导光能量。散射散射损损耗耗：非传播方向上的散射造成传导光失去能量。辐辐射射损损耗耗：微弯曲所产生的光辐射造成
6、传导光能量损失。（3）光光纤纤的三个低的三个低损损窗口窗口：850nm、 、1310 nm、 、1550 nm。2、光光纤纤色散色散（1）色散色散：不同的不同的电电磁波以不同的相速度和群速度在介磁波以不同的相速度和群速度在介质质中中传传播的物理播的物理现现象，是在光象，是在光纤纤中中传输传输的光信号，由于不同成分的光的的光信号，由于不同成分的光的时间时间延延迟迟不同而不同而产产生的一种物理效生的一种物理效应应。（2）色散系数色散系数 D：单单位波位波长间长间隔（隔（1 纳纳米）的光米）的光经单经单位距离（位距离（1 公里）光公里）光纤纤后的后的时时延延值值。（3）光光纤纤色散种色散种类类模模间
7、间色散色散：不同模式的相移常数不同。3材料色散材料色散：光纤材料折射率随传输光波波长而变化。波波导导色散色散：光纤波导参量的不同形成信号波长范围内不同的群时延差。（4）色散补偿方案：零色散波长光纤，色散位移光纤 DSF，色散平坦光纤 DFF，色散补偿光纤 DCF，色散补偿器。3、单单模光模光纤纤（1）G.652 光光纤纤（STD 常规单模光纤标准单模光纤）：零色散波长 1310nm，工作波长1310 / 1550nm。（2）G.653 光光纤纤（DSF 色散位移光纤）：零色散波长 1550nm，工作波长 1550nm，单信道长距离传输。（3）G.654 光光纤纤（截止波长光纤低损耗光纤）：零色
8、散波长 1310nm，工作波长 1550nm损耗最小，长距离无再生海底光缆系统。（4）G.655 光光纤纤（NZ-DSF 非零色散位移光纤）：1550nm 最小损耗，色散较小，波分复用系统。（5）DFF 色散平坦光色散平坦光纤纤：1310 1550 nm 波长范围内呈现低的色散，尤其适用于波分复用系统。（6）DCF 色散色散补偿补偿光光纤纤：补偿常规光纤工作于 1310 nm 或 1550 nm 处所产生的较大的正色散。五、光光缆缆1、光光缆缆基本基本结结构构：缆缆芯（芯芯（芯线线和加和加强强件）和件）和护层护层（对缆芯的机械保护和环境保护）。2、光光缆结缆结构分构分类类：（1）层绞层绞式式：
9、把松套光纤绕在中心加强件周围绞合。（2）骨架式骨架式：把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内。（3）束管式束管式：一次被覆光纤或光纤束放入大套管中， 加强件配置在套管周围。（4）带带状式状式：将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，再将几层光纤带叠放在一起构成缆芯。3、光光缆缆分分类类方法方法（7 种）。4、光光缆缆的型号的型号：由光缆的型式代号和光纤规格代号两部分组成。5、光光缆缆特性特性：拉力特性、压力特性、弯曲特性、温度特性。六、光光纤连纤连接接41、光光纤连纤连接接损损耗耗（1）机械对准误差：圆锥失配产生辐射损耗。（2）光纤相关损耗：光纤间几何特性和波导特性差
10、异产生耦合损耗。2、光光纤纤的的连连接方法接方法（1）光纤熔接法：高压电弧高温使被接光纤端面熔接；（2）V 型槽机械连接：使用粘合剂在 V 型槽使被接光纤连接；（3）弹性管连接：使用弹性管使被接光纤自动进行横向、纵向、角度对准。第三章第三章 光无源器件光无源器件一、光无源器件光无源器件：无需无需电电源，不源，不进进行光行光电变换电变换的光路器件的光路器件。1、作用作用：完成光波的接续、耦合、复用与解复用、衰减、隔离等信号与信息处理。2、种种类类（7 种）：光纤连接器、光纤耦合器、光波分复用解复用器、光衰减器、光隔离器、光环行器等。二、光光纤连纤连接器接器：用以用以稳稳定地，但并不是永久地定地，
11、但并不是永久地连连接两根或多根光接两根或多根光纤纤的无源的无源组组件。件。1、基本要求：使发射光纤输出的光能量最大限度耦合到接收光纤。2、光光纤连纤连接器的表示方法接器的表示方法：常用 XX/YY 表示。（1）XX 指活动接头的结构和形状，分有 ST、FC、SC、DIN 等；（2）YY 指活动接头的端面形状，分有 FC、PC、APC、UPC 等。3、光光纤连纤连接器的性能指接器的性能指标标（1）插入插入损损耗耗（dB ）= Pi（dBm） Po （dBm）（2）回波回波损损耗耗（dB ）= Pi（dBm） Pr （dBm）（3）重复性重复性：光纤（缆）活动连接器多次插拔后插入损耗的变化，用 d
12、B 表示，一般0.1dB。（4）互互换换性性：连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用 dB 表示，一般0.2dB。4、光光纤连纤连接器的种接器的种类类（1）FC 型型（金属螺纹丝扣锁紧型）；（2）SC 型型（塑料矩型插拔销闩式）；（3）ST 型型（金属圆柱卡口型）；（4）LC 型型（小尺寸模块化插孔闩锁型）。三、光光纤纤耦合器耦合器：将光信号将光信号进进行分路或合路、插入、分配的一种无源器件。行分路或合路、插入、分配的一种无源器件。51、光光纤纤耦合器的种耦合器的种类类（1）T 形耦合器；（2）星形耦合器；（3）定向耦合器：分别取出光纤中向不同方向传输的光信号；（4）波分复用器/解复用器。2、
13、光光纤纤耦合器的性能指耦合器的性能指标标（1）附加附加损损耗耗 Le（dB）=输入光功率 Pit（dBm）-输出端口总光功率 Pot（dBm）；（2）插入插入损损耗耗（dB）=Pic （dBm）Poc （dBm）；（3）第 i 路分光比分光比 CRi=第 i 路输出光功率 Poc/总的输出光功率 Pot100%；（4）隔离度隔离度 DIR（dB）=注入端输入光功率 Pic（dBm）输入侧非注入端输出的光功率 Pr （dBm）。四、光衰减器光衰减器：插入光插入光链链路中控制光能衰耗的一种无源器件路中控制光能衰耗的一种无源器件。1、主要功能：在光链路中对光信号功率进行定量或不定量的衰减，以满足用户
14、的各种要求。2、常常见见光衰减器光衰减器结结构与原理构与原理（1）位移型光衰减器。（2）衰减片型光衰减器。（3）智能型光衰减器。五、光隔离器光隔离器：一种只允一种只允许许光信号沿光路正向光信号沿光路正向传输传输的非互易性无源器件的非互易性无源器件。1、光隔离器原理光隔离器原理：晶体的非互易旋光性（法拉第效应）使光正向传输，反向隔离。2、光隔离器的主要性能指光隔离器的主要性能指标标（1）插入插入损损耗耗（dB）=Pi（dBm）Po（dBm）（2）反向隔离度反向隔离度（dB）=Pi（dBm）Po （dBm）（3）回波回波损损耗耗（dB）=正向输入端口注入光功率 Pi（dBm）正向输入端口反射光功率
15、 Pir （dBm）六、光光环环形器形器：一个多端口的一个多端口的输输入入输输出非互易器件出非互易器件。1、特点特点：正向顺序传导、反向传输阻塞。2、作用作用：把光信号流按一个方向从一个端口送到另一个端口。七、光光纤纤光光栅栅：一段折射率沿一段折射率沿长长度呈周期性度呈周期性变变化的光化的光纤纤；光纤纤芯折射率受到永久的周期性微扰而形成的一种光纤无源器件。1、原理原理：利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，实质实质是一个窄是一个窄带带的（投射的（投射或反射）或反射）滤滤光器或反射光器或反射镜镜。 。 2、作用作用：能将入射光中某一特定波长的光部分或全部反射。3、分分类类：6（1）光光
16、纤纤 Bragg 光光栅栅（短周期光纤光栅）。基本特性表现为具有选频效应的窄窄带带光学光学滤滤波波器器。（2）长长周期光周期光纤纤光光栅栅（LPG）：基本特性表现为一个带带阻阻滤滤波器波器。八、波分复用器解复用器波分复用器解复用器：一种波一种波长选择长选择型耦合器型耦合器。1、功能功能：把多个不同波长的光波复合后，注入到同一根光纤中传输（合波器），或把输入光口的多个不同波长的光波分开，输出到不同的光端口输出（分波器）。2、性能指性能指标标（1）插入插入损损耗耗（dB）=标称波长信号输入功率（dBm）-标称波长信号输出功率（dBm）（2）信道隔离度信道隔离度（ dB）= i 输出端标称波长信号功率（dBm）- j 输出端标称波长信号功率（dBm）（3）通通带带特性特性：波分复用器解复用器分配给某输出端口的光波波长范围。3、通道通道间间隔分隔分类类（1）稀疏波分复用器解复用器（CWDM），通道间隔为 10100 nm；（2）密集波分复用器解复用器（DWDM），信道间隔为 110 nm； （3）超密集波分复
