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1、第五章第五章 常见光器件常见光器件 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进
2、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层，包
3、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纤芯纤芯 ：折射率较高，用来传送光；：折射率较高，用来传送光；n包层包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射；：折射率较低，与纤芯一起形成全反射；n涂敷层涂敷层 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。纤芯纤芯包层包层涂敷层涂敷层 2光纤的折射率分
4、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）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 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
5、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
6、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
7、；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，
8、就成了2条尾纤12芯束状尾纤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”，“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
9、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
10、 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
11、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
12、转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。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手持式稳定激光光源光检测器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
13、原来的信号。在他们之间还存在着一个将光信号转变成电信号，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-4
14、5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。中继器就是为解决这一问题而设计的。它
15、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。也称为单端口光端机，是针对特殊用户环境而设计的
16、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
17、。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。光收发一体化模块主要功能是实现光电/电光变换光纤转换器光纤转换器将串口或其它接口转为光纤接口的一种模块。分多模光纤转换和单模光纤转换；单模多模亦可互相转换，实现多机通讯，中继转换的组网功能 光分路器光分路器光网络系统需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现。光分路器又称分光器，是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用MN来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。光纤配线箱光纤配
18、线箱光纤配线箱适用于光缆与光通信设备的配线连接，通过配线箱内的适配器，用光跳线引出光信号，实现光配线功能。适用于光缆和配线尾纤的保护性连接，也适用于光纤接入网中的光纤终端点采用。光纤配线架光纤配线架ODF（Optical Distribution Frame）光纤配线架光纤配线架（ODF）用于光纤通信系统中局端主干光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的连接、分配和调度。随着网络集成程度越来越高，出现了集ODF、DDF、电源分配单元于一体的光数混合配线架，适用于光纤到小区、光纤到大楼、远端模块局及无线基站的中小型配线系统。光纤放大器 运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。根据
19、它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。光耦合器 亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光缆交接箱 光缆交接箱是一种为主干层光
20、缆、配线层光缆提供光缆成端、跳接的交接设备。光缆引入光缆交接箱后，经固定、端接、配纤后，使用跳纤将主干层光缆和配线层光缆连通。光缆交接箱的容量是指光缆交接箱最大能成端纤芯的数目。光纤终端盒光纤终端盒光纤终端盒是安装在墙上的用户光缆终端盒，它的功能是提供光纤与光纤的熔接、光纤与尾纤的熔接以及光连接器的交接。并对光纤及其元件提供机械保护和环境保护，并允许进行适当的检查，使其保持最高标准的光纤管理。光纤终端盒产品特征1.提供光缆与配线尾纤的保护性连接2.使光缆金属构件与光缆端壳体绝缘，并能方便地引出接地3.提供光缆终端的安放和余端光纤存储的空间，方便安装操作4.具有足够的抗冲击强度的盒体固定，方便不
21、同使用场合的安装5.可选择挂墙安装或直接放置于槽道等多种安装方式光纤连接器光纤连接器光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小 光衰减器光衰减器用于对输入光功率的衰减，避免了由于输入光功率超强而使光接收机产生的失真。它主要用于光纤系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等场合。光功率计光功率计用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表。在光纤测量中，光功率计是重负荷常用
22、表。，通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。光纤熔接机光纤熔接机光纤熔接机主要用于光通信中，光缆的施工和维护。主要是靠放出电弧将两头光纤熔化，同时平缓推进，以实现光纤模场的耦合。注：此光纤是指光缆中的每一根纤。光纤准直器光纤准直器光纤准直器由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成。它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内光滤波器光滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用。光缆接头盒人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。