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1、第6章 光纤通信本章内容l 光纤通信概述l 光纤与光缆l 光纤通信系统光纤通信n指利用光导纤维(简称光纤)传输光波信号的一种通信方式。n电磁波：长波、中波、微波、红外线、可见光、紫外线。n使用光(激光器)信号，使用光缆作为传输介质。波长是0.81.8m衰减的单位n ndB(分贝)：描述功率相对比值的单位dB = 10 log10 ( Pout / Pin )Pout：输出功率；Pin：输入功率n ndBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位dBm = 10 log10 ( P / 1mw)1mw=0 1mw=0 dBmdBm20mw=13 20mw=13 dBmdBm40mw=16 40mw=1
2、6 dBmdBm6.1 光纤通信概述n发展史光电话：1880年贝尔(通信距离213m)光源：激光器 梅曼(1960)n美国贝尔公司(1970) 半导体激光器传光介质：光纤 高锟(1966) n美国康宁公司(1970) 低损耗光纤n工作波长 0.85m、1.31m和1.55m光纤通信特点n通信容量大光载波频率在10141015Hz n传输距离长20dB/km，即可实现通信目前损耗0.2dB/km n抗电磁干扰n体积小、重量轻n机械强度低商用的光纤通信系统n1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。两根(直径0.1mm左右)光纤，同时开通8000路电话！n到1990年，光纤
3、系统发展了几代(通信业务通信业务40%)由多模光纤(70年代)过渡到单模光纤(80年代)由短波长(0.85m)过渡到长波长(1.31m)n信息传输的容量和速率大大提高。90年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通 1250000 路电话。6.2 光纤与光缆 1.光纤的结构石英玻璃、塑料或晶体纤芯(折射率大)和包层全反射光纤直径纤芯(Core)62.5 5 mm125 mm包层(Clad)CoreCore8 mm125 mmCladClad85m 多模单模人的头发光纤的分类n按工作波长：短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm)n按传输模式：多模光纤和单模光纤n按折射率分布
4、：阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型n按材料：石英光纤、塑料光纤等n几种新型光纤：色散位移光纤(DSF)、非零色散光纤(NZDF)、色散平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤(DCF)等ITU-T建议的光纤分类 nG.651光纤：计算机局域网或接入网nG.652光纤：应用最广的单模光纤 nG.653光纤：较少采用nG.654光纤：弯曲性能好 nG.655光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统 2.光缆n按芯数分为单芯、双芯、多芯n按结构分为层绞式、骨架式、带状等n按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等n按用途分为通信用光缆和非通信用光缆加强加强元件元件加强加
5、强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件光纤光纤3.光传播的基本知识n n1 1n n2 2n n1 1 n n2 2n n1 1n n2 2临界角临界角90900 0临界角临界角n n1 1n n2 2全反射全反射入射角入射角= =反射角反射角1 12 2产生全反射的条件：n1n2 90临界角光纤的传光原理(全反射)阶越型光纤性能参数n相对折射指数差：n数值孔径(NA)：接收锥接收锥4.多模光纤n62.5/125 m 的光纤在保安行业中应用最普遍n典型距离达5英里n用于：CCTV门禁控制系统内部通讯 多模多模多模多模 MMFMMFMMFMMF 5.单模光纤n无限带宽n810
6、 mn典型距离超过5英里n用于：长途电信长途电视监控及多路切换共用天线电视系统单模单模单模单模 SMFSMFSMFSMF 单模光纤和多模光纤比较项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二极管信号衰减小大端接较难较易造价高低光纤的主要损耗n损耗吸收损耗：OH-和金属离子散射损耗：其他损耗：光纤连接、弯曲光损耗与波长n光损耗单位： dB/kmn与波长有关n单模损耗小n波长又称为窗口n波谱的红外部分起作用光纤损耗主要存在的地点n光纤本身：与长度和类型有关1310 nm：0.35 0.5 dB/Km1550 nm：0.2 0.3dB/Km850 nm：2.3 3.4 dB/Kmn光纤连接
7、点：0.2dB/点2Kmn设备处：3dB光纤的衰减光纤的衰减图光纤的衰减图0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 nm OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值6 54321近近端端远远端端信号传播光纤色散(Dispersion)n光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。模间色散材料色散波导色散散射n由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线光线缺陷缺陷6.3 光纤通信系统n发送单元：把电信号转换成光信号n传输单元：载送光信号的介质n接收单元：接收光信号并转
8、换成电信号n连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤器件n有源光器件光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。n无源光器件光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。1.激光器(光发送机)n半导体激光器和发光二极管n半导体激光器阈值特性光谱特性温度特性转换效率2.常用连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type3.光纤熔接机4.光电检测器(光接收机)nPIN和APD响应时间暗电流光纤系统方框图信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号 E/O转换光纤O/E转换发
9、送单元传输单元接收单元连接器件光中继器n作用：放大衰减了的光信号n光-电-光转换半导体光放大器 光纤通信码型要求n必须是二电平码！n信号自带定时信息n提供一定的冗余传输光通信技术发展n延长中继距离光放大器(EDFA)外调制器(电光晶体LiNbO3)色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)n提高通信容量时分复用技术(TDM)波分复用技术(WDM)光频分复用(OFDM)：载波间隔1nm波分复用光发射机1光发射机2光发射机N合 波 器光发射机1光发射机2光发射机N光功率放大（BA）光线路放大（OA）光线路放大（OA）分 波 器光前置放大（PA）12N12N12N.发送端接收端量子超光速通信n相对论和量子理论之间的矛盾n幽灵式的超距作用，粒子间的心灵感应。n只有思维比光更快n1994年，人脑之间存在量子超光速影响！
