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1、光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用江西师范大学通信系江西师范大学通信系江西师范大学通信系江西师范大学通信系 叶志清叶志清叶志清叶志清1内容内容光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用Part 1 光纤（光纤（Optical Fiber）及光通信技及光通信技 术简介术简介Part 2 光纤光栅（光纤光栅（Optical Fiber Grating）Part 3 光纤光栅的应用光纤光栅的应用内内 容容2Part 1 光纤及光通信技术简介光纤及光通信技术简介3通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相应传输媒介频率率 Hz1011071021061031051041041051031061021071
2、0110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空自由空间波波长（m）电力、力、电话无无线电、电视微波微波红外外可可见光光双双铰线同同轴电缆光光纤卫星星/微波微波AM无无线电FM无无线电频段频段划分划分传传输输介介质质电磁波谱的划分电磁波谱的划分光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用4光纤及光通信技术简介光纤及光通信技术简介光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用n n光通信光通信用光波载运信息，实现通信用光波载运信息，实现通信用光波载运信息，实现通信用光波载运信息，实现通信n n光纤通信光纤通信以光波载运信息，用光纤作传输媒
3、体，实现通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信n n光纤通信的优点光纤通信的优点JJ频带宽、信息容量大频带宽、信息容量大频带宽、信息容量大频带宽、信息容量大JJ传输损耗低、无中继距离远传输损耗低、无中继距离远传输损耗低、无中继距离远传输损耗低、无中继距离远JJ材料丰富材料丰富材料丰富材料丰富JJ抗电磁干扰抗电磁干扰抗电磁干扰抗电磁干扰JJ光纤间串话小，保密性好光纤间串话小，保密性好光纤间串话小，保密性好光纤间串话小，保密性好JJ耐腐蚀、耐高压耐腐蚀、耐高压耐腐蚀、耐高压耐腐蚀、耐高压JJ体积小、质量轻体
4、积小、质量轻体积小、质量轻体积小、质量轻5光通信的发展光通信的发展光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用光通信的发展过程光通信的发展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光潜望镜原理潜望镜原理光波导之雏形光波导之雏形6光纤基本理论光纤基本理论光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用菲涅耳定律：菲涅耳定律：n1sin1=n2sin2n1n2n1n221结论：若要实现全反射，则必须有结论：若要实现全反射，则必须有n1n27光纤基本理论光纤基本理论光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用max=arcsin(NA)n1n28 可见，光纤的数值孔径（可见，光纤的数值孔径（NA）仅取决于仅取决于纤
5、芯的折射率的大小及包层相对折射率差，纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差，而于光纤的直径无关。而于光纤的直径无关。标准多模光纤的标准多模光纤的NA公称值一般为公称值一般为0.2，对，对应的孔径角约为应的孔径角约为11.5。标准单模光纤的标准单模光纤的NA公称值一般为公称值一般为0.10.15，对应的孔径角约为，对应的孔径角约为5.78.6。光纤基本理论光纤基本理论光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用9光纤结构光纤结构纤纤 芯芯包包 层层涂敷层涂敷层护护 套套光纤结构光纤结构光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用单模光纤内径：单模光纤内径：9m多模光纤内径：多模光纤内径：50m外径：外径：125m
6、尺寸规格：尺寸规格：10光纤结构光纤结构光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用两种常用光纤的结构及其折射率分布两种常用光纤的结构及其折射率分布11机械手机械手 Mechanical handleCapstan 对中卡头对中卡头Three-jaw chuckModified Chemical Vapor Deposition高温炉高温炉Graphite furnace测温仪测温仪 Pyro meter分离及沉积处理分离及沉积处理Separate deposition测径仪测径仪 Fiber diameter Gauge空气净化系统空气净化系统 Clear Air System机械手机械手 Mech
7、anical handle涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control光固化光固化 vioiet Curing System涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control光固化光固化Ultravioiet Curing System对中对中 ition center control热固化热固化Ultravioiet Curing System涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control热固化热固化Ultravioiet Curing System气相色谱气相色谱 VaporPhase chromato
8、grameter基基 座座高温炉配配重重排排除除尾尾气气12光缆构成光缆构成光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用常用光缆的典型构成常用光缆的典型构成13国外光纤技术发展情况国外光纤技术发展情况光纤技术发展概况光纤技术发展概况光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用20世纪世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上以上1966年英国标准电信研究所高锟及年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤从理论上预言光纤损耗可降至损耗可降至20dB/km以下以下日本于日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB
9、/km1970年康宁公司（年康宁公司（Corning）采用采用“粉末法粉末法”先后获得了损耗低先后获得了损耗低于于20dB/km和和4dB/km的低损耗石英光纤的低损耗石英光纤1974年贝尔实验室（年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。优于康宁公司的光纤产品。到到1979年，掺锗石英光纤在年，掺锗石英光纤在1.55m处处的的损损耗已耗已经经降到降到0.2dB/km，这这一数一数值值已已经经十分接近由十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光散射所决定的石英光纤纤理理论论损损耗极限耗极限14光纤技术发展概况光纤技术发展概
10、况光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用19631963年年年年 开始光通信的研究开始光通信的研究开始光通信的研究开始光通信的研究1977年，第一根短波长年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗阶跃型石英光纤问世，损耗 为为300dB/km1978年，阶跃光纤的衰减降至年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯研制出短波长多模梯 度光纤，即度光纤，即G.651光纤光纤1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成建成5.7 km、8Mb/s光通信系统试验段光通信系统试验段1980年年 1300nm窗口衰减降至窗口衰减降至0.
11、48dB/km，1550nm窗口衰减窗口衰减 为为0.29dB/km。1981年多模光纤活动连接器进入实用年多模光纤活动连接器进入实用1984年年 武汉、天津武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成市话中继光传输系统工程建成(多多 模模)1990年，研制出年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km 1992年降至年降至0.26dB/km国内现状国内现状1519911991年，研制出年，研制出年，研制出年，研制出G.653G.653色散位移光纤。最小衰减达色散位移光纤。最小衰减达色散位移光纤。最小衰减达色散位移光纤。最小衰减达0.220.22d
12、B/km dB/km 19971997年，研制出年，研制出年，研制出年，研制出G.655G.655非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤 “六五六五六五六五”、“七五七五七五七五”、“八五八五八五八五”铺设铺设铺设铺设“八纵八横八纵八横八纵八横八纵八横”光纤线路总光纤线路总光纤线路总光纤线路总长约七万公里长约七万公里长约七万公里长约七万公里光纤技术发展概况光纤技术发展概况光纤通信技术与应用光纤通信技术与应用 虽虽虽虽然然然然光光光光纤纤纤纤光光光光缆缆缆缆的的的的研研研研制制制制仅仅仅仅短短短短短短短短的的的的2020多多多多年年年年，其其其其应应应应用用用用却却却却
13、已已已已相相相相当当当当普普普普遍遍遍遍。迄迄迄迄今今今今，已已已已敷敷敷敷设设设设光光光光缆缆缆缆长长长长度度度度超超超超过过过过100100万万万万kmkm，光光光光缆缆缆缆已已已已敷敷敷敷设设设设到到到到世世世世界界界界屋屋屋屋脊脊脊脊西西西西藏藏藏藏。生生生生产产产产光光光光缆缆缆缆的的的的厂厂厂厂家家家家有有有有200200多多多多家家家家，每每每每年年年年所所所所用用用用光光光光纤纤纤纤的的的的数数数数量量量量超超超超过过过过400400万万万万kmkm。在在在在实实实实际际际际网网网网络络络络中中中中，无无无无论论论论是是是是核核核核心心心心网网网网还还还还是是是是接接接接入入入
14、入网网网网，目目目目前前前前主主主主要要要要应应应应用用用用的的的的还还还还是是是是G.652G.652光光光光纤纤纤纤。在在在在核核核核心心心心网网网网中中中中新新新新建建建建线线线线路路路路已已已已开开开开始始始始采采采采用用用用G.655G.655光光光光纤纤纤纤，在在在在接接接接入入入入网网网网中中中中已已已已开开开开始始始始应应应应用用用用光光光光纤纤纤纤带带带带光光光光缆缆缆缆。我我我我国国国国光光光光通通通通信信信信领领领领域域域域已已已已掌掌掌掌握握握握了了了了光光光光纤纤纤纤、器器器器件件件件、系系系系统统统统等等等等各各各各方方方方面面面面的的的的关关关关键键键键技技技技术术术术，逐逐逐逐渐渐渐渐走走走走进进进进了了了了国国国国际际际际光光光光通通通通信信信信的的的的先先先先进进进进行行行行列列列列。尤尤尤尤其其其其在在在在主主主主要要要要技技技技术术术术上，都有了自己的特色和创新。上，都有了自己的特色和创新。上，都有了自己的特色和创新。上，都有了自己的特色和创新。16