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1、光纤的通信原理及基础知识第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识1.1 1.1 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理信号处理发送端信号处理接收端光波导第一章第一章 光纤、光缆的基本知识光纤、光缆的基本知识f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G1
2、00G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光电磁波谱频谱分配频谱分配光纤通信的基本原理光在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生光在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为以下行为：一部分入射光将被反射一部分入射光将被反射 一部分入射光将进入第二种媒质，并产生一部分入射光将进入第二种媒质，并产生折射折射媒质媒质1 折
3、射率折射率n1媒质媒质2 折射率折射率n2 入射光线反射光线12 1= 2n1Sin 1=n2Sin 2媒质媒质1 折射率折射率n1媒质媒质2 折射率折射率n2 入射光线12折射光线光的反射和折射定律光的反射和折射定律光纤通信的基本原理折射率折射率 n n光在真空中的传播速度光在真空中的传播速度/ /光在该媒质中的传播速度光在该媒质中的传播速度1.01.00031.331.4571.4711.51.92.42全反射：全反射： 当当n1n2时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射角达到角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角，我
4、们把此时的入射角称为临界角 0 。当入射角大于临界角。当入射角大于临界角时，将发生全反射。时，将发生全反射。媒质媒质1媒质媒质2根据折射定律，我根据折射定律，我们可以求出临界角，们可以求出临界角，此时此时 290o。即。即n1Sin 0=n2Sin90o所以所以 Sin 0=n2/n1媒质媒质折射率折射率真空真空空气空气水水多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤玻璃玻璃钻石钻石光的全反射定律光的全反射定律光纤通信的基本原理光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤定条件时，光便能在光纤(光波导光波导)内形成全反射，从内形成全反射
5、，从而达到长距离传输的目的。而达到长距离传输的目的。包层包层 n2纤芯纤芯 n1光纤中光纤中心轴线心轴线 090- 0 包层包层 n2空气 n0 1光纤的导光原理光纤的导光原理光纤通信的基本原理n1n2n0n0: 空气中的折射率n1: 纤芯的折射率n2: 包层的折射率 0 0: 入射角, 和 sin0=n2/n1条件:涂涂 层层包包 层层纤芯纤芯光纤的基本结构和分类光纤通信的优点光通信基本原理大容量大容量长中继距离长中继距离适应能力强适应能力强体积小，重量轻，便于安装和维护体积小，重量轻，便于安装和维护选材丰富，价格低选材丰富，价格低Raw material abundance, low pr
6、ice 保密性强保密性强第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识光纤的结构及组成光纤的结构及组成 涂层 力学影响的防护涂层(acrylic) acrylic) 250 250 m m 涂层 250 m 标准单模光纤标准单模光纤标准梯度折射率分布多模光纤标准梯度折射率分布多模光纤 纤芯纤芯 (SiO2+Ge+F) (掺锗二氧化硅掺锗二氧化硅)8.6-9.5 m 纤芯纤芯(聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 )980 m 包层包层
7、(SiO2+F)掺氟二氧化硅掺氟二氧化硅125 m 纤芯纤芯(掺锗二氧化硅掺锗二氧化硅)50 m / 62.5 m / 100 m涂层 1000 m 塑料光纤塑料光纤光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类 G651多模光纤：多模光纤：工作波长为工作波长为850nm的的LAN用的多模光纤用的多模光纤 G652光纤：光纤：最佳工作波长为最佳工作波长为1310nm的单模光纤的单模光纤： G652A G652B:标准光纤标准光纤 G652C G652D：低水峰（全：低水峰（全波波 ）光纤光纤 G653光纤：光纤：零色散波长在零色散波长在1.55 m窗口的单模光
8、纤窗口的单模光纤 G654光纤：光纤：截止波长在截止波长在1500 nm的海底应用单模光纤的海底应用单模光纤,又称为最低又称为最低 衰减单衰减单 模光纤模光纤 G655光纤：光纤：在在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色窗口给定波长区间内色散不为零的色 散位移单模散位移单模光纤，光纤， 称为非零色散位移光纤称为非零色散位移光纤 G655A ：单信道单信道光纤光纤(1995) G655B、 G655C ：DWDM光纤光纤(2000.10,2003.1) G656光纤：光纤：使用于使用于DWDM 系统系统S+C+L波带的非零色散位移光纤波带的非零色散位移光纤 (2003.10提出，提出，2
9、004.4争取会议同意争取会议同意)光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类G652光纤的分类、特点与应用应用应用1.G.652A：支持支持G.957规定的规定的SDH传输系统，传输系统，G.691规定规定的带光放大的单通过路的带光放大的单通过路STM-16（ 2.5Gbit/s ）的）的SDH传传输系统，输系统，G.693规定的规定的40km的的10Gbit/s以太网系统及以太网系统及STM-2562.G.652B：主要支持更高速率主要支持更高速率 ，例如，例如G.691和和G.692传传输系统中直到输系统中直到STM-64 （10Gbit/s），在），在G.693和和G.959.1中对于中
10、对于STM-256的某些应用的某些应用3.G.652C（低水峰光纤）（低水峰光纤） ：与与G.652A光纤属性类似，光纤属性类似，允许使用在允许使用在13601530nm扩展波长范围扩展波长范围4.G.652D：与与G.652B光纤属性类似，允许使用在光纤属性类似，允许使用在13601530nm扩展波长范围扩展波长范围光纤的基本结构和分类 长距离应用，发展方向是大有效面积色散平坦型长距离应用，发展方向是大有效面积色散平坦型G.655 城域网中，低水峰光纤（城域网中，低水峰光纤（ G.652C、 G.652D）有较大的应用前景，）有较大的应用前景，关键在价格，目前主关键在价格，目前主 要采用的是
11、要采用的是G.652A、 G.652B光纤光纤 接入网中将主要应用接入网中将主要应用G.652光纤，光纤，其发展前景仍被很多专家看好其发展前景仍被很多专家看好 （目前市场规模在下降，但仍继续占主导地位）（目前市场规模在下降，但仍继续占主导地位） LAN中将主要应用多模光纤，芯径逐渐由中将主要应用多模光纤，芯径逐渐由62.5 m向向50 m发发 展，展，市场在逐渐扩大市场在逐渐扩大 室内布线将向塑料光纤发展室内布线将向塑料光纤发展 光纤的基本结构和分类第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构及分类光纤的基本结构及分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数
12、第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识光纤的基本参数dxdy光纤的基本参数光纤的基本参数光纤的基本参数光纤的基本参数P0Pe下面下面: Pi 输入功率输入功率 Po 通过长度为通过长度为L的光纤后的输出功率的光纤后的输出功率 L 传输距离传输距离定义定义: Loss(dB)= -10lg(Pout/Pin)限制传输距离限制传输距离.固有损耗固有损耗: 瑞利散射, 材料反射 (紫外线辐射 & 红外线吸收)外来损耗外来损耗: 吸收， 分离点损耗PiPoL光纤的光传输特性光纤的光传输特性衰减衰减 (dB/km)波长波长(nm)131015500.360.20OH-吸收峰吸
13、收峰(又称为：水峰又称为：水峰)光纤的基本参数光纤的基本参数Theoretical max distance limited by the dispersion2sGbkmnmpsDkmL/Bcapacity1550nm(G.652)1550nm(G.655)1310nm(G.652)2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km70kml00km40Gb/s3.6km18km25km=10 5光纤的基本参数84-401200-818001400150016001700132nm4色散色散D(ps/(nmkm)波长波长(nm)1
14、非色散位移光纤非色散位移光纤2色散位移光纤色散位移光纤3色散平坦光纤色散平坦光纤4 非零色散位移光纤非零色散位移光纤光纤的基本参数光纤的基本参数PMD定义定义 定义定义: 减弱的波长结构导致的两个线性偏振模的色散减弱的波长结构导致的两个线性偏振模的色散 tPMD=Dpmd * L0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y21121nkxkn光纤的基本参数 B 当比特率大于当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑偏振模色散必须考虑. 降低光纤偏振模色散值降低光纤偏振模色散值: 改进光纤的几何形状改进光纤的几何形状 导致裸纤的旋转
15、导致裸纤的旋转2sGb2kmpsPMDkm =10 4PMD (ps/4 km)2.5 Gb/s10 Gb/s40 Gb/s3.0180kmllkmlkm1.01,600 km100 km6km0.56,400 km400 km25km0.240,000 km2,500 km156km光纤的基本参数固有和非固有的偏振模色散原因包层中心为椭圆包层中心为椭圆包层偏心包层偏心进入气体进入气体侧压侧压涂层椭圆涂层椭圆涂层偏心涂层偏心非固有原因非固有原因侧压侧压弯曲弯曲扭曲扭曲光纤的基本参数光纤的基本参数光纤的基本参数光纤的基本参数ITU-T 关于光纤 的主 要规范1550nm1550nm1310nm
16、和1550nm适用工 作窗 口5dB5dB1dB1550nm的微 弯衰 耗0.190.25dB/km0.190.25dB/km0.170.25dB/km典型衰 减系 数（1550nm)-0.30.4dB/km典型衰 减系 数（1310nm)1252m1252m1252m包层直 径ps/(nm.km)(15301565nm)ps/(nm.km)(15251575nm)ps/(nm.km)(15251575nm)最大色 散系 数-ps/(nm.km)(12881339nm)最大色 散系 数-ps/(nm2.kmps/(nm2.km零色散 斜率nm15001600nm13001324nm零色散 波长
17、nmnmnm2-22米长跳 线光 缆截止 波长cjnm-nm22米光 缆截 止波长cc1m1m1m短于2米长跳 线光 缆中光 纤截止波 长c变化不 超过10%变化不超 过10%变化 不超 过10%模场同 心度 误差811m78.3m8.69.5m模场直 径（ 标称值 ）G655光纤G653光纤G652光纤光纤的基本参数光纤的基本参数光纤的基本参数第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构及分类光纤的基本结构及分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识光纤的制造方法真空泵真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔谐振器空腔谐振器排气排气喷灯喷灯管子管子O2SiCl4GeCl4光纤的制造方法喷灯喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2多孔预制棒多孔预制棒喷灯喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2O2+H2多孔预制棒多孔预制棒光纤的制造方法预制棒驱动机构预制棒驱动机构石墨炉石墨炉预制棒预制棒在线测径仪在线测径仪在线测径仪在线测径仪涂覆模涂覆模涂覆模涂覆模UV固化炉固化炉UV固化炉固化炉收线盘收线盘光纤的制造方法