《五光纤通信系统认识和设备使用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《五光纤通信系统认识和设备使用.ppt（103页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、项目五项目五 光纤通信系统认识和设备光纤通信系统认识和设备使用使用任务一、认识光纤和光纤通信系统组成一、任务内容 1.光纤通信概念所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。（一）光纤通信简介（一）光纤通信简介 2.光纤通信发展简史光纤通信的里程碑一九六六年七月，英藉、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE 杂志上发表了一篇十分著名的文章用于光频的光纤表面波导导火索一九七年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD 法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。爆炸性发展从光纤的衰耗看：七O年为20dB/km；九O
2、年为0.14dB/km。从光器件看：从光纤通信系统看：总之，光纤通信技术取得了极其惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向更高水平、更高阶段方向发展。3.光纤通信优点通信容量大中继距离长保密性能好适应能力强体积小、重量轻、便于施工维护原材料来源丰富，潜在价格低廉 （二）光纤与光缆1.光纤的构造2.光纤的分类按折射率分布分类阶跃光纤与渐变光纤 n按传播模式分类多模光纤与单模光纤传播模式概念：当
3、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TMmn 模、TEmn 模、HEmn 模等等（其中m、n=0、1、2、3、）。其中HE11 模被称为基模，其余的皆称为高次模。多模光纤 单模光纤由于单模光纤的纤芯直径非常细小，所以对其制造工艺提出了更苛刻的要求。按工作波长分类短波长光纤与长波长光纤 短波长光纤光波之波长在0.60.9 微米范围内（典型值为0.85 微米），称作短波长光纤。目前很少采用。长波长光纤把工作在1.02.0 微米波长范围的光纤称之为长波长光纤。长波长光纤因具有衰耗低、带宽宽等优点，特别适用于长距离、大容量的光纤通信。按套塑类型分类紧套
4、光纤与松套光纤 紧套光纤所谓紧套光纤是指二次、三次涂敷层与予涂敷层及光纤的纤芯，包层等紧密地结合在一起的光纤。目前此类光纤居多。松套光纤所谓松套光纤是指，经过予涂敷后的光纤松散地放置在一塑料管之内，不再进行二次、三次涂敷。3.光纤的导光原理全反射原理光在阶跃光纤中的传播光在渐变光纤中的传播光在单模光纤中的传播4.光纤的特性与参数多模光纤的特性参数 衰耗系数衰耗系数a：衰耗系数是多模光纤最重要的特性参数之一（另一个是带宽系数）。其它衰耗（微弯曲衰耗等）光纤的色散色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。光纤的色散可以分为三部分即模式色散、材料色散与波导色散。带宽系数
5、带宽系数的定义为：一公里长的光纤，其输出光功率信号下降到其最大值（直流光输入时的输出光功率值）的一半时，此时光功率信号的调制频率就叫做光纤的带宽系数。引起光纤带宽变窄的主要原因是光纤的色散。注意，单模光纤没有带宽系数的概念，仅有色散系数的概念。数值孔径数值孔径是多模光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。CCITT 建议多模光纤的数值孔径取值归一化频率归一化频率是光纤的最重要的结构参数，它能表征光纤中传播模式的数量。此外，由归一化频率V 值的大小还可以初步确定是否能实现单模传输。若V值小于归一化截止频率Vc（2.4048），则可以实现单
6、模传输。单模光纤的特性参数 衰耗系数a：其规定与物理含义与多模光纤完全相同。色散系数D（）：综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散，统称色散系数。模场直径d：表征单模光纤集中光能量的程度。截止波长c：能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。5.光缆简介1）光缆结构种类层绞式光缆层绞式光缆一般由松套光纤以制电缆的方式构成的光缆（古典式），这种结构在全世界应用广泛，是早期光通信常用的光缆。骨架式光缆 束管式光缆对光纤的保护来说，束管式结构光缆最合理，利用放置在护层中的两根单股钢丝作为两根加强芯，光缆强度好，尤其耐侧压，在束管中光纤的数量灵活。带状光缆带状光缆可容纳大量光纤，未来光纤用户网络将大量采用
7、带状光缆。2）光缆的敷设光缆的敷设分为管道、架空和直埋三种 1.光纤通信对光源器件的要求发射光波长适中发射光功率足够大温度特性好发光谱宽窄工作寿命长体积小重量轻（三）光源器件与光发送机2.发光二极管LED1.LED 的发光机理半导体材料的能带分为导带、价带与禁带，电子从高能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，会释放光子而发光。因为导带与价带本身的能级具有一定范围，所以电子跃迁释放出的光子之频率不是一个单一数值而是有一定的范围，故LED 是属于自发幅射发光，且其谱线宽度较宽（较激光二极管而言）。2.LED 的优点 线性度好 温度特性好 价格低、寿命长、使用简单3.LED 的缺点 谱线较宽 与光纤
8、的耦合效率低4.LED 的应用范围鉴于LED 的谱线较宽，所以它难以用于大容量的光纤通信；鉴于它与光纤的耦合效率较低，所以难以用于长距离的光纤通信。但因为其使用简单、价格低廉，工作寿命长等优点，所以它广泛地应用在较小容量，较短距离的光纤通信之中；而且由于其线性度甚佳，所以也常常用于对线性变要求较高的模拟光纤通信之中。3.激光二极管LD1）LD 的发光机理是受激发光，即利用LD 中的谐振腔发生振荡而激发出许许多多的频率相同的光子，从而形成激光。2）LD的优点 发光谱线窄 与光纤的耦合效率高阈值器件3）LD 的缺点 温度特性的较差 线性度较差 工作寿命较短4）LD 的应用范围由于LD 具有发光谱线
9、狭窄，与光纤的耦合效率高等显著优点，所以它被广泛应用在大容量、长距离的数字光纤通信之中。是数字光纤通信最重要的光源器件。4.光发送机图5-1-10 光发送机方框图 输入接口：其作用是进行电平转换。码型变换码型变换的方法是在原来标准码率的基础上适当增加一些码率，利用增加码率的一部分来实现误码监视、公务联络及平衡码流等。预处理：即对数字电信号的脉冲波形进行波形处理。驱动电路与光源组件：实际上就是光源及其调制电路。自动功率控制（APC）目前通用的自动功率控制方法是背向光控制法。LD 的主光与副光 自动温度控制（ATC）所有的半导体器件对温度的变化都是比较敏感的，对LD而言尤其如此。因此为LD提供一个
10、温度比较恒定的环境是十分必要的1.光纤通信的光检测器件的要求响应度高噪声低工作电压低体积小、重量轻、寿命长（四）光检测器件与光接收机2.PIN 光二极管1）PIN 光二极管的工作机理根据半导体物理理论，降低半导体材料的掺杂浓度可以增加耗尽层的宽度。因此人们在设计、制造光二极管时，往往在P 型材料与N 型材料的中间插入一层掺杂浓度十分低的I 型半导体材料（接近本征型）以形成较宽的耗尽层。这就是PIN 光二极管的由来。2）PIN 光二极管的特性参数 响应度：是指单位光功率信号入射到光二极管时所产生的首次光电流，其值为（安培/瓦特）。响应时间（或频率特性）：PIN 光二极管响应时间一般为1ns 左右
11、。结电容Cd 暗电流Id：是PIN 光二极管附加噪声的主要来源。3）PIN 光二极管的特点及应用范围PIN 光二极管的优点是：噪声小、工作电压低（仅十几伏）、工作寿命长，使用方便和价格便宜。PIN 光二极管的缺点是，没有倍增效应。即在同样大小入射光的作用下仅产生较小的光电流，所以用它做成的光接收机之灵敏度不高。因此，PIN 光二极管只能用于较短距离的光纤通信（小容量与大容量皆可）。3.APD 光二极管1）APD 光二极管的工作机理APD 光二极管的工作机理就是，光生载流子空穴电子对在高电场作用下高速运动，在运动过程中通过碰撞电离效应产生二次、三次新的空穴电子对，从而形成较大的光信号电流。2）A
12、PD 光二极管的特性参数 倍增因子G（平均增益）：倍增因子G 即APD 的增益，它代表倍增后的光电流与首次光电流之比。从微观上讲，代表一个首次空穴电子对平均产生的新的空穴电子对数量。倍增噪声因子：由于倍增作用的随机性产生了一种特殊的噪声即所谓倍增噪声。除上述两项重要的特性参数之外，击穿电压（又称雪崩电压）也算是APD 光二极管的一项参数，其值一般在100 伏左右，当然此值应该越小越好。4.光接收机前置放大器：前置放大器作用就是把光检测器产生的微弱光电流进行予放大。前置放大器的设计是至关重要的，其噪声性能对光接收机灵敏度的影响甚大。主放大器：其作用是把信号进一步放大，其增益一般在50dB 以上。
13、主放大器的输出脉冲幅度一般在13 伏（峰一峰值），以满足判决再生电路的要求。均衡器：把主放大器输出的脉冲进行均衡，以形成码间干扰最小、能量集中即最有利于进行判决的升余弦波形。判决再生电路：对均衡器输出的脉冲流逐个进行判决，并再生成波形整齐的脉冲码流。时钟提取电路：其作用是提取时钟，以保证收发同步。自动增益控制（AGC）：其作用是控制前置放大器与主放大器的增益，并使光接收机有一个规定的动态范围。偏压电路：它向APD 光二极管提供反向偏压。实际上它是一个直流变换器，把设备工作电压（如5 伏）变换成适合于APD 使用的高压（如100200 伏）。它受AGC 控制，能自动调节APD 的反向偏压。任务一
14、、认识光纤并使用光纤连接器进行连接二、复习与思考1、画出光纤通信系统的组成示意图，并分别说明各自的作用。2、光纤的结构由哪几部分组成。3、光纤有哪些分类方式？4、分别画出光缆基本结构示意图。5、简述光源器件的种类和特点。6、简述光发送机和光接收机的组成和作用。任务二、利用光纤进行组网一、任务内容（一）硬件连接图图5-2-1 网线连接光端机网线连接光端机图图5-2-2 单模光纤单模光纤图图5-2-3 单模光纤接头单模光纤接头图图5-2-4 光纤接头保护套光纤接头保护套图图5-2-5 光端机发送接收端光端机发送接收端图图5-2-6 光端机发送接收端保护套光端机发送接收端保护套图图5-2-7 光端机
15、发送接收端光端机发送接收端图图5-2-8 光纤连接上光端机光纤连接上光端机图图5-2-9 用光纤连接两光端机的发送端和接收端用光纤连接两光端机的发送端和接收端图图5-2-11 连接好的光纤线路连接好的光纤线路（二）软件设置图图5-2-14 连接成功连接成功连接成功，则可在网上邻居看见两台连接的计算机。如果连接不成功，最大可能连线问题。可按照以下步骤逐一检查排除故障：光纤是否连接好，发送端应和接收端连接。网线是否连接上电脑。以上均检查无异，则可见实训结果。（三）实训结果任务二、利用光纤进行组网二、相关知识（一）光纤的连接原理图图 光纤非理想对接光纤非理想对接光纤永久连接的几种方法套管连接图 套管
16、连接（二）光纤的永久连接V形槽连接三棒连接图 V形槽和板 图 三棒连接n熔融连接用电弧、火焰或激光加热要连接的光纤的两个端面（已处理过的），使它们熔融直至“烧结”在一起。这种方法连接光纤都是在专门的光纤熔接机上完成的。2.光纤的熔接1）光纤的熔融方法电热丝加热大功率激光器使用各种火焰进行加热电弧放电2）用光纤熔接机熔接光纤光纤熔接机必须具备下述性能：熔接机必须具有能固定光纤的精密光纤夹具，放置发射光纤和接收光纤的夹具的轴向应有极高的平行度。要有精密的微调功能，一般要求能在x、y、z三个方向上能进行精密调整，调节精度达0.1m。电弧放电要稳定，光纤熔接条件可调节，以适应各类光纤的熔接。光纤熔接的
17、基本步骤如下：开启光纤熔接机，确定要熔接的光缆是多模光缆还是单模光缆。大多数光纤熔接机都有放置900m和250m裸光纤的V型槽，熔接前要确定所要使用的V型槽大小。在必要的情况下，把待熔接光纤的凝胶材料清洗掉。如果光纤缓冲层没有剥除，要把缓冲层剥除，其长度由熔接机决定，大多数熔接机规定剥离的长度为25cm(12in)。光纤熔接的基本步骤如下：用蘸有酒精的纸/棉把光纤上的灰尘擦掉，这样可以保证光纤在V型槽内正确地对准。使用切割工具按要求的长度切割光纤，制备光纤端面。把光纤断头扔在指定的容器内。打开电极上的护罩，把光纤放入V型槽。光纤熔接的基本步骤如下：在V型槽内滑动光纤，在光纤端头达到两电极之间的
18、时候停下来。盖上V型槽和电极护罩。自动或手工对准光纤。开始光纤的预熔。光纤熔接的基本步骤如下：通过高压电弧放电把两光纤的端头熔接在一起。从熔接机上取下接续子。按厂商说明把接续子固定在接续架上。如需熔接其他的光纤，重复114步。光纤连接器是光纤与光纤之间进行可重复拆卸（任务）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，这是光纤连接器的基本要求。（三）光纤的活动连接FC型光纤连接器PC型光纤活动连接器FC型连接器中的两根光纤处于平面接触状态，端面间不免有小的气隙，从而引起损耗和菲涅尔反射。改进
19、的办法是把插针体端面抛磨成凸球面，这样就使被连接的两光纤端面直接接触。SC型光纤连接器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。ST和SC接口是光纤连接器的两种类型，对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型的，对于100Base-FX来说，连接器大部分情况下为SC类型的。ST连接器的芯外露，SC连接器的芯在接头里面。VF-45型连接器FC/APC型单模光纤活动连接器双锥型连接器（Biconic Connector）这类光纤连接器中最有代表性的产品由美国贝尔实验室开发研制，它由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成
20、。DIN47256型光纤连接器这是一种由德国开发的连接器。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较小。MT-RJ型连接器 LC型连接器图图 5-2-16 LC/PCMU型连接器在表示尾纤接头的标注中，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。“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。1工作区操作准备工作区操作准备有以下几点：1)在操作台上打开工具箱，一
21、般工具箱内有胶和剂、ST/SC两用压线器、ST/SC抛光工具、光纤剥离器、抛光板、光纤划线器、抛光垫、剥线钳、抛光砂纸、酒精擦拭器和干燥擦拭器、酒精瓶、Kevlar剪刀、带ST/SC适配器的手持显微镜、注射器和终接手册。2)在操作台上，放一块平整光滑的玻璃，做好工作台的准备工作(即从工具箱中取出并摆放好必要的工具)。（四）标准光纤连接器安装操作1工作区操作准备工作区操作准备有以下几点：3)将塑料注射器的针头插在注射器的针管上。4)拔下注射器针头的盖，装入金属针头(注意：保存好针头盖，以便注射器使用完毕后，再次盖上针头，以后继续使用)。5)将磨光垫放在一个平整的表面上，使其带橡胶的一面朝上，然后
22、把砂纸放在磨光垫上，光滑的一面朝下。（四）标准光纤连接器安装操作2光缆的准备剥掉外护套，套上扩展帽及缆支持，具体操作有以下4步：1)用环切工具剥掉光缆的外套。2)使用环切工具上的刀片调整螺钉，设定刀片深度为7.6mm。对于不同类型的光缆，刀片深度也不一样。（四）标准光纤连接器安装操作2光缆的准备剥掉外护套，套上扩展帽及缆支持，具体操作有以下4步：3)在光缆末端的96.5cm处环切外护套(内层)。将内外护套拉出。（四）标准光纤连接器安装操作2光缆的准备剥掉外护套，套上扩展帽及缆支持，具体操作有以下4步：4)对光缆安装缆支持和扩展帽。先从光纤的末端将扩展帽套上(尖端在前)向里滑动，再从光纤末端将缆
23、支持套上(尖端在前)向里滑动。（四）标准光纤连接器安装操作3作标记用模板上规定的长度将需要安装插头的光纤标记。用SC模板量取光纤外套的长度，用记号笔按模板刻度所示位置，在外套上作标记。4将光纤的外衣剥去准备好剥线器，用剥线器将光纤的外衣剥去。5将准备好的光纤存放在保持块上（四）标准光纤连接器安装操作6环氧树脂和注射器的准备环氧树脂和注射器的准备工作包括以下6步：1)取出装有环氧树脂的塑料袋(有黄白两色的胶体，中间用分隔器分开)，撤下分隔器，然后在没有打开的塑料袋上用分隔器来回摩擦，使两种颜色的胶体充分混合并成为同一种颜色。2)取出注射器，拿下帽子，将注射器针头安装到注射器上，并拧转使其到达锁定
24、的位置。3)将注射器塞拉出，以便装入准备好的塑料袋中的环氧树脂。（四）标准光纤连接器安装操作6环氧树脂和注射器的准备环氧树脂和注射器的准备工作包括以下6步：4)将装有环氧树脂的塑料袋剪去一角，并将混合好的环氧树脂从注射器后部孔中加入(挤压袋子)，约19ml的环氧树脂足够做12个ST连接器插头。5)从后部将注射器塞插入。6)将针管中气泡除去。方法是：将注射器针头向上，压后部的塞子，使环氧树脂从注射器针头中出来(用纸擦去)，直到环氧树脂塞是清澈的和自由的为止。（四）标准光纤连接器安装操作7在缓冲层的光纤上安装ST连接器插头8烘烤环氧树脂9切断光纤10除去连接器尖头上的环氧树脂11磨光（四）标准光纤连接器安装操作任务二、利用光纤进行组网三、复习与思考1、如果网上邻居计算机不可见，说明两台电脑可能没有连通，请排除故障。2、请思考光纤使用的注意点。3、说明光纤的熔接过程。4、说明光纤连接器的制作过程。