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1、光纤通信目录光纤通信概述光纤光缆光纤通信器件光纤通信系统光纤通信基本概念光纤是光导纤维的简称，光纤通信是以 光波为载波，以光纤为传输介质的一种 通信方式。光波波谱X射线射线无线电波红 外 线可 见 光紫 外 线300 m0.76 m0.39 m610-3 m光波波长范围为300610-3 m，分为 ：红外线、可见光、紫外线。光纤通信的波长在1.80.8 m，属红外 波段。光纤通信系统模型光纤通信的优点v传输频带宽，通信容量大理论上，一对光纤可传10亿路电话或10万路 电视。由于光纤制造技术和电子器件的限制，现一 对光纤可传数十万路电话或数千路电视。v光纤传输损耗低，中继距离长目前，中继距离超过
2、300km。v抗干扰能力强光纤是绝缘体，不怕雷电和高压。光纤传输的频率高于各种干扰源频率。光纤通信的优点v保密性好光波只在光纤中传输，不会跑到光纤之外。v节省大量有色金属光纤的主要材料SiO2取之不尽，用之不竭。按现在的开采速度，世界上的铜矿只能再开采50 年左右。v光纤体积小，重量轻光缆截面积为12mm，18芯同轴电缆的为65mm 。光缆重量为90g/m，18芯同轴电缆的为11/m。光纤的结构v通常光纤由纤芯、包层、一次涂敷层和 套层组成。光纤的结构v未经套塑的光纤称裸光纤，其外径为 125m。v纤芯折射率稍大于包层折射率，以保证 光纤在纤芯中传播。v纤芯的折射率一般是l.463l.467,
3、包层的 折射率是1.45l.46左右。光纤的种类v按制造光纤所用材料分：石英系光纤多组分玻璃光纤塑料包层石英系光纤全塑料光纤氟化物光纤v按光纤传输模式数分：多模光纤单模光纤光纤的种类v按光纤折射率分布形状分：跳变式光纤渐变式光纤v按光纤的工作波长分：短波长光纤长波长光纤超长波长光纤光纤的损耗特性v光纤的损耗特性是光纤的传输特性之一 。v损耗大小在很大程度上决定着光中继距 离的长短。v光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损 耗以及光纤制成后由使用条件造成的附 加损耗。损耗种类瑞利散射损耗吸收损耗波导结构不完善引起的 损耗微弯损耗附加损耗 弯曲损耗接续损耗光纤损耗固有损耗损耗小结损耗大小在很大程度上决
4、定着光中继距 离的长短。三个低损耗窗口：0.85 m、1.31 m和 1.55 m。光纤产品在1.31 m波长区的典型损耗 为0.33dB/km，在1.55 m波长区的典型 损耗为0.21dB/km （该窗口被称为损耗 最小点）。光纤的色散特性v光纤的色散特性是光纤的又一传输特性 。v色散是指光纤所传输的信号波形畸变的 一种物理现象。表现为光脉冲宽度被展 宽。v光纤色散按产生原因分：模式色散、材 料色散和波导色散。色散种类模式色散：不同模式，其传输路径不同，到达终 点时间也不同，从而引起光脉冲展宽。材料色散：由于光源发出的光具有一定的波谱宽 度，而石英玻璃的折射率随光波频率变化，引起 模内各信
5、号的传输速率不同而产生的色散。波导色散（结构色散）：由于波导效应引起模内 频率高或波长短的光信号进入包层，而包层折射 率小于纤芯折射率，导致模内各信号的传输速率 不同而产生的色散。 色散小结色散大小直接影响通信容量的增减和通信距离 的远近。各种色散的大小顺序：模式色散材料色散 波导色散。模式色散仅存于多模光纤之中。单模光纤只有 材料色散和波导色散。常规单模光纤在1310nm附近的材料色散和波 导色散相互抵消，即色散为零。而在1550nm 窗口则为1520ps/kmnm。实用光纤类型vG.652光纤G.652光纤，即常规单模光纤是指1310nm波 长性能最佳的单模光纤。在1310nm波长工作 时
6、，理论色散为零，其典型损耗为 0.33dB/km，而在1550nm波长工作时，传输 损耗最小，但色散系数约为17ps/nmkm。实用光纤类型vG.653光纤 G.653光纤，即色散位移光纤（DSF）是指 1550nm波长性能最佳的单模光纤。其利用 1550nm的低损耗窗口，通过改变折射率分布 ，将零色散点从1310nm移到1550nm，使光 纤最小衰减窗口和零色散窗口均统一在 1550nm波长上。DSF在单波长、长距离通信中具有很大的优 越性。实用光纤类型G.654光纤l这种光纤是指1550nm波长损耗最小的光纤 ，典型衰减系数为0.150.19dB/km。l设计重点是如何降低1550nm波长
7、处的衰减 ，零色散点仍位于1310nm波长处。l主要应用于需很长再生段距离的海底光纤通 信。实用光纤类型vG. 655光纤G. 655光纤，即非零色散光纤（NZDF） ，有的 也称为真波光纤。将零色散点移向短波长侧（通常15101520nm 范围）或长波长侧（1570nm附近），使 15401565nm范围内色散值保持在 1.04.0ps/nmkm。NZDF兼容了常规光纤和DSF的优点，同时又解 决了常规光纤的色散受限和DSF难以实现WDM 的致命弱点。实用光纤类型v色散补偿光纤（DCF）色散补偿光纤在1550nm窗口有很大的负色 散。在原G.652光纤线路中加入一段色散补 偿光纤，用其长度来
8、控制色散补偿量的大小 ，以抵消原G.652光纤在1550nm处的正色 散，使整个线路在1550nm处的总色散为零 。一般说来，25m DCF可补偿1km G.652光纤 的色散。新一代光纤第二代的G.655光纤大有效面积的光 纤和小色散斜率光纤l大有效面积的光纤具有较大的有效面积，可 以更有效地克服光纤非线性的影响。l小色散斜率光纤具有更合理的色散规范值， 简化了色散补偿，更适合于L波段的应用。l两者均适合于以10Gbs为基础的高密集波 分复用系统，代表了干线光纤的最新发展方 向。新一代光纤全波光纤l目前影响可用波段的主要因素是1385nm附近的 水吸收峰，采用全新的生产工艺，几乎完全消 除由
9、水峰引起的衰减。l可用波长范围增加了100nm，可复用的波长数 大大增加。 l允许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要 求较低的光源、合波器、分波器和其它元件， 使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降， 这就降低了整个系统的成本。 l未来城域网的新敷光纤将会逐渐转向这种具有 更长技术寿命的新型光纤，我国正抓紧进行开 发和试验。光纤的测量v光纤损耗的测量切断法：沿光纤长度分别测两点的光功率。背向散射法：在光纤始端数值孔径以内，测 量反射回来的瑞利散射光的一种非破坏性的 光纤损耗测量法。光纤带宽的测量v时域法：从光纤的一端注入一串窄脉冲，从其 另一端测出脉冲的展宽值，从而得到光纤的基 带响应，即带
10、宽。 估算法：B=0.44/(t22-t12)v频域法：在光纤输入端送入正弦光信号，在不 改变光信号幅度的条件下，只改变正弦频率， 然后在光纤输出端，由选频电平表读取经检测 器变换出来的电信号幅值，得到幅频特性曲线 。幅频特性的最大值下降6dB即为光纤带宽。光缆v对光缆设计的基本要求：机械性能良好成缆时光纤传输特性要保持良好不同环境及使用场合下，光缆性能稳定直径要小、重量要轻易于敷设和接续容易生产、价格便宜、维护方便常用光缆v普通光缆层绞式和单元式光缆紧套松套带状式光缆骨架式光缆特种光缆v海底光缆能承受敷设张力及故障修理时从海底打捞的 张力；能承受敷设时的侧压力和深海中的水压力；即使有了龟裂，
11、也能防止光缆内浸水。v无电磁感应光缆不仅在外护套和抗张力构件中完全不使用金 属，而且在缆内也不配中介金属线对。特种光缆v复合架空地线光缆利用光纤无电磁感应性质，与电力线中的架 空地线复用而组成的光缆。v电力复合光缆利用光纤的无电磁感应性质，和输电线等电 力光缆进行复合而成的。光缆的型号及识别v光缆的型号由光缆型式代号和光纤规格 代号组成。v我国的光缆型号命名及表示法：光缆型式代号光纤规格代号 1235ccbba4光缆的型号及识别v光缆型式代号：分类及代号 GY：通信用室（野）外光缆 GR：通信用软光缆 GJ：通信用室（局）内软光缆 GS：通信设备内光缆 GH：通信用海底光缆 GT：通信用特殊光
12、缆：加强构件及代号无符号：金属加强构件 F：非金属加强构件 C：金属重型加强构件 H：非金属重型加强构件光缆型式代号：派生特征及代号 B：扁平形状 Z：自承式结构 T：填充式结构：护套及代号 Y：聚乙烯护套 V：聚氯乙烯护套 U：聚氨酯护套 A：铝-聚乙烯粘接护套 L：铝护套 G：钢护套 Q：铅护套 S：钢-铝-聚乙烯综合护套光缆型式代号：外护层及代号 外护层型号用数字代号表示材料的含义第一位数字标记铠装层材料第二位数字标记外护层材料0无0无11纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝4光缆的型号及识别v光纤规格代号1：光纤数缆内同类型光纤的实际有效数2：光纤类型及代号 J：二
13、氧化硅系多模渐变型光纤 T：二氧化硅系多模阶跃型光纤 Z：二氧化硅系多模准阶跃型光纤 D：二氧化硅系单模光纤 X：二氧化硅系塑料包层光纤 S：塑料光纤光纤规格代号3：光纤主要尺寸参数 多模光纤：芯径/包层直径(m) 单模光纤：模场直径/包层直径(m)4：光纤传输特性及代号 a:使用波长的代号，一位数表示： 1：使用波长在0.85m区域 2：使用波长在1.31m区域 3：使用波长在1.55m区域 bb:衰减系数的代号，两位数表示（dB/km） cc:模式带宽的代号，两位数表示（MHzkm） 单模光纤无此项。光源v光源的作用是完成电/光转换。v光源的发光波长由材料决定。v光纤通信对光源的基本要求合
14、适的发光波长发光波长应与光纤的工作窗口一致。足够的输出功率应大于1mw可靠性高、寿命长要求光源平均工作寿命为106小时光纤通信对光源的基本要求v输出效率高输出光功率与所消耗的直流电功率的比值叫输出效 率。目前输出效率的标准是大于10%。v光谱宽度窄光谱宽度是光源的发光波长范围。v聚光性好聚光性好，即耦合效率高、入纤功率大。v调制方便调制是把话音等信息载在光波上。v价格低廉常用光源v半导体发光二极管半导体发光二极管(LED)是利用其有源区自发辐射 输出光信号的器件。只要在其两端加上电流,便会输出荧光, LED是无阈 值的器件。在正向偏置下,LED能发出可见光或红外光。LED谱线较宽，引起的色散值
15、教大，不适合高速率 传输。LED与光纤的耦合效率较低，一般只适合短距离率 传输。常用光源v半导体激光器半导体激光器(LD)是利用在其有源区中受激发射的器 件。只在工作电流超过阈值电流的情况下,才会输出激光( 相干光), LD是有阈值的器件。LD光谱宽度窄、光纤耦合效率较高、调制频率高， 适用于长距离大容量的光纤通信系统。LD易受温度影响，需进行自动温度控制和自动功率 控制。光放大器v主要功能功率放大：置于光发射机前端，以提高入纤 的光功率。在线中继放大：取代现有的中继器。前置放大：置于光电检测器前，以提高接收 的灵敏度。v常用光放大器掺铒光纤放大器（EDFA）半导体激光放大器（SLA）掺铒光纤
16、放大器（EDFA）v基本原理EDFA能对1.55m波段提供有效的功率增益。当泵浦光输入掺铒光纤时，高能级的电子经过 各种碰撞后，发射出波长为1.531.56 m的 荧光。若在波长为1.55 m附近的某种信号光 入射时，信号光会接受强输入光（泵浦光）的 能量，沿着掺铒光纤逐步增强，而将该信号光 放大。一般功率增益大于30dB。半导体激光放大器（SLA）v工作原理与半导体激光器的工作原理相 同，也是利用能级间跃迁的受激现象进 行光放大。v由电流直接激励而去掉谐振腔，可获得 30dB以上的光增益。主要技术指标v功率增益指输出光功率与输入光功率的对数之比。泵浦光功率越大，信号功率增益也越大。v输出饱和功
