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1、第五章 常见光器件 光器件与电器件的类比光器件与电器件的类比光纤光纤是光导纤维（OF：Optical Fiber）的简称。但 光通信系统中常常将 Optical Fiber（光纤）又简化 为 Fiber，例如：光纤放大器（Fiber Amplifier）或 光纤干线（Fiber Backbone）等等。有人忽略了 Fiber虽有纤维的含义，但在光系统中却是指光纤而 言的。因此，有些光产品的说明中，把fiber直译成“ 纤维”，显然是不可取的。光纤实际是指由透明材料 作成的纤芯和在它周围采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
2、进的媒 体。 利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。1. 光纤结构光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图所示。（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4m50m，单模光纤的纤芯为4m10m，多模光纤的纤芯为50m。纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。（2）包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125m，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。（3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆
3、层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。n纤芯 ：折射率较高，用来传送光；n包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射；n涂敷层 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。纤芯包层涂敷层2光纤的折射率分布与光线的传播下图所示为两种典型光纤的折射率分布情况。一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图（a）、（b）
4、所示。光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图所示。光在阶跃折射率多模光纤中的传播光在渐变折射率多模光纤中的传播光纤的分类光纤的分类若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤若按传输波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤1按传输模数分类按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。传播模式概念：当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。如图所示。这些不同的光束称为模式。光在阶跃折射率光纤中的传播（1）多模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1m），光纤传
5、输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。（2）单模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1 ）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1 在4m10m范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。光在单模光纤中的传播轨迹2按传输波长分类光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。短波长光纤的波长为0.85m（0.8m0.9m）长波长光纤的波长为1.3m1.6m，主要有1.31m和1.55m两个窗口。3按套塑结构分类按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。紧套光纤与松套光纤紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯
6、等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。套塑光纤结构光纤跳线光纤跳线用来做从设备到光纤布 线链路的跳接线。有较厚的保护 层，一般用在光端机和终端盒之 间的连接。 单模光纤(Single-mode Fiber)：一般光纤跳 线用黄色表示，接头和保护套为蓝色；传输 距离较长。 多模光纤(Multi-mode Fiber)：一般光纤跳线 用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保 护套用米色或者黑色；传输距离较短。光纤在使用中不要过度弯曲和绕环，这样会 增加光在传输过程的衰减。 光纤跳线两端的光模块的收发波长必须一致 ，也就是说光
7、纤的两端必须是相同波长的光 模块，简单的区分方法是光模块的颜色要一 致。一般的情况下，短波光模块使用多模光 纤（橙色 的光纤），长波光模块使用单模光 纤（黄色光纤），以保证数据传输的准确性 。 光纤跳线使用后一定要用保护套将光纤接头 保护起来，灰尘和油污会损害光纤的耦合 尾纤尾纤又叫猪尾线，只有一端有连接头，而另一端是一根光 缆纤芯的断头，通过熔接与其他光缆纤芯相连，一般用在 光缆熔接到ODF或者光缆终端盒或者光缆交接箱上用的。常见的是两端都有光纤连接器的“跳纤”；只要把它从中间 弄断，就成了2条尾纤12芯束状尾纤认识尾纤和跳纤的接口类型在表示尾纤和跳纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”
8、， “SC/PC”等，其含义如下： /”前面部分表示尾纤的连接器型号。“ FC型光纤连接器：外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺 丝扣。 一般在ODF侧采用(配线架上用的最多) SC型光纤连接器：连接GBIC光模块的连接器，它的外壳呈矩形，紧固 方式是采用插拔销闩式，不须旋转。(路由器交换机上用的最多) ST型光纤连接器：常用于光纤配线架，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝 扣。（对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型。常用于光纤配线 架） LC型光纤连接器：连接SFP模块的连接器，它采用操作方便的模块化 插孔(RJ)闩锁机理制成。（路由器常用） MT-RJ：收发一体的方形光纤连接器，一
9、头双纤收发一体 ST、SC、FC光纤接头是早期不同企业开发形成的标 准，使用效果一样，各有优缺点。ST、SC连接器接头常用于一般网络。ST头插入后旋 转半周有一卡口固定，缺点是容易折断；SC连接头 直接插拔，使用很方便，缺点是容易掉出来；FC连 接头一般电信网络采用，有一螺帽拧到适配器上， 优点是牢靠、防灰尘，缺点是安装时间稍长。MTRJ 型光纤跳线由两个高精度塑胶成型的连接器 和光缆组成。连接器外部件为精密塑胶件，包含推 拉式插拔卡紧机构。 适用于在电信和数据网络系统 中的室内应用FC 圆型带螺纹(配线架上用的最多)ST 卡接式圆型SC 卡接式方型(路由器交换机上用的最多)PC 微球面研磨抛
10、光APC 呈8度角并做微球面研磨抛光MT-RJ 方型一头双纤收发一体“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。 “PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛，其接头截 面是平的。“UPC”的衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的设备 ，一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，主要是为 提高ODF设备自身的指标。另外，在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”型号 ，其尾纤头采用了带倾角的端面，可以改善电视信号的质量 ，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接头耦合面是垂直 的时候，反射光沿原路径返回。由于光纤折射率分布的不均 匀会再度返回耦合面，此时虽然能量很小但由于模拟信号是 无
11、法彻底消除噪声的，所以相当于在原来的清晰信号上叠加 了一个带时延的微弱信号，表现在画面上就是重影。尾纤头 带倾角可使反射光不沿原路径返回。一般数字信号一般不存 在此问题光缆光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维（细如头发的 玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金 、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的 光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外 护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。 即:由光纤( 光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆.光有源器件 光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将 光信号转换成电信号的关键器件，是光传输
12、系统的心脏。 目前光纤通信领域应用的光有源器件主要有光源，光探 测器，光调制器，光放大器，光波长变换器，光电收发模 块，光再生器等光源光源是光纤通信系统中光发射机的重要组成部件，其主要 作用是将电信号转换为光信号送入光纤。目前用于光纤通信的光源包括半导体激光器（Laser Diode ，LD）和半导体发光二极管（Light Emitting Diode，LED ）。手持式稳定激光光源光检测器光信号经过光纤传输到达接收端后，在接收端有一个接 收光信号的元件。但是由于目前我们对光的认识还没有 达到对电的认识的程度，所以我们并不能通过对光信号 的直接还原而获得原来的信号。在他们之间还存在着一 个将光
13、信号转变成电信号，然后再由电子线路进行放大 的过程，最后再还原成原来的信号。这一接收转换元件 称作光检测器，或者光电检测器，简称检测器，又叫光 电检波器或者光电二极管。 常见的光检测器包括：PN光电二极管、PIN光电二极管 和雪崩光电二极管（APD）。雪崩光电二极管光端机光端机就是光信号传 输的终端设备,在远程 光纤传输中，光缆对 信号的传输影响很小 ，光纤传输系统的传 输质量主要取决于光 端机的质量，因为光 端机负责光电转换以 及光发射和光接收， 它的优劣直接影响整 个系统 光端机的典型物理接口 光纤接口 光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。通 常有SC、ST、FC等几种类型， RJ-45
14、接口 RJ-45接口是以太网最为常用的接口， RS-232接口 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最 常用的一种串行通讯接口。 RJ-11接口 RJ-11接口就是我们平时所说的电话线接口。中继器中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置 ，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工 作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物 理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递 信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来 延长网络的长度。由于存在损耗，在线路上传输的 信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信 号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决
15、这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰 减的信号进行放大，保持与原数据相同。 一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同 媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长 。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定， 中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管数据中是否有错误 数据或不适于网段的数据。光纤收发器光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距 离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元， 在很多地方也被称之为光电转换器。也称为单端
16、口 光端机，是针对特殊用户环境而设计的产品，适用 于基站的光纤终端传输设备以及租用线路设备。而 对于多口的光端机一般会直称作“光端机”，对单端 口光端机一般使用于用户端，工作类似常用的广域 网专线（电路）联网用的基带MODEM，而有称作“ 光MODEM”、“光猫”、“光调制解调器”。光模块 光收发一体模块，英文名称optical transceiver，简称光模块，是光纤通 信系统中重要的器件 由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子 器件包括发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码 率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器 （LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光 信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信 号功率保持稳定。接收部分是：一定码率的光信号输入 模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后 输出相应码率的电信号. 包括光接受模块，光发送模块，光收发一体模块， 光转发模块等。
