光纤通信原理 (2).ppt

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1、光纤通信原理上海电信培训中心高光辉第一章概述3000多年前，人们就开始利用光进行通信，但光通信的真正飞跃是在光纤出现之后，由于光纤无可比拟的优越性，在短短的几十年中迅速地取代了电通信的地位，通信速率由几M发展到单信道10G，40G。1-1光纤通信的发展与现状1-1-1早期的光通信几千年前，中国就有火光通信：烽火台，它是世界上最早的光通信，因为它具有光通信的基本要素：光源、接受器、信息加在光波上和光通道。1880年，贝尔发明了光电话，它是现代光通信的开端，但由于找不到实用的传输手段而夭折。1-1-2光纤通信1950年曾出现过导光用的玻璃

2、纤维，但损耗高达1000db/Km，这天文数字的损耗量，使有人认为光纤传输无实际意义。1960年，英籍华人高锟指出：如能将光纤中过渡金属离子减少到最低限度，有可能使光纤的损耗减少到1db/Km，信息容量可能超过100MHz。1970年美国康宁公司拉出了损耗20db/Km的光纤。现在光纤的无中继传输已达几万公里，NEC公司在实验室完成了10T以上容量的传输。光纤通信的前途一片光明。1-2光纤通信的主要特性1-2-1光纤通信的优点1、容量大目前商用系统单信道10G，多信道1600G。如果能消除OH吸收峰，带宽可达140T。2、损耗低、中继

3、距离长目前，实用的光纤通信系统使用的石英光纤在1.55微米波长区的损耗为0.18db/Km，比已知的其他通信线路的损耗低得多。如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长（大于2微米），光纤损耗的理论系数可以下降到1/1000-1/100000db/Km，光纤的无中继传输可达几万公里，在任何情况下都可以不要再生中继。3、抗干扰能力强光导纤维是不导电的，电磁波在其中不会产生感生电动势，即不会产生与信号无关的噪声。4、保密性好电通信方式很容易被人窃听，而光纤中传送的光波被限制在光纤内部，很少会跑到光纤之外。即使在弯曲半径很小的位置光泄漏也十分

4、微弱。5、体积小，重量轻目前常用的光纤纤芯直径只有几微米，加上包层直径是125微米，500米只有50克。一公里四管同轴电缆重4400公斤，而一公里四芯光缆只200公斤，是电缆的二十分之一也不到。6、节约有色金属和原材料光纤的主要成分是二氧化硅，占地球重量的24%，而生产电缆需要大量的铜和铅，在地球上快成为“稀有金属”了。1-3-2光纤通信系统的分类根据调制信号的类型：模拟、数字。根据光源的调制方式：直接、间接。根据光纤的传导模数量：多模、单模。根据工作波长：短波长、长波长、超长波长。第二章光纤和光缆众所周知，光具有波粒二象性，光既可以

5、看成电磁波，有可以看成粒子流（光子）。因此，分析光纤中光的传输理论也有两套：波动光学理论和几何光学理论。2-1光纤的结构与类型2-1-1光纤的结构一根实用化的光纤是由多层透明介质构成，一般分三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。纤芯由高度透明的材料制成，包层的折射率略小于纤芯的折射率，从而造成一种使光限制在纤芯中传输的效应。涂覆层是保护光纤不受湿气的侵蚀和机械擦伤，同时增加柔韧性，它不用于导光，可以染成各种标志色。2-1-2光纤的类型按光纤截面上折射率分布：阶跃型、渐变型。按传输模式的数量：多模、单模。按光纤的工作

6、波长：短波长、长波长、超长波长。按ITU-T建议：G651—G655。2-2光纤的射线理论光在均匀介质中是直线传播的，速度为v=c/nc=299700km/s(光在真空中的速度）n：介质的折射率（空气：1.00027,玻璃：1.45)如果有两种不同折射率的介质，折射率较大的称为光密介质，较小的称为光疏物质。光在光疏介质中的传播速度比光密介质快。光在一种介质中传播而遇到另一种介质时，将在两种介质的分界面发生反射和折射。光在光纤中传播，在纤芯和包层的分界面发生反射和折射，当入射角足够大时，折射光消失，光线全部返回纤芯，称为全反射，这是光纤

7、通信必须满足的物理现象。2-2-4多模光纤与单模光纤多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数决定的。一根光纤是不是单模传输，主要由其自身结构决定，但也与光纤中传输的光波长有关。多模光纤：允许多个模式在其中传输的光纤，由于模式色散的存在，带宽远小于单模光纤。早期多用，目前只在小容量、短距离系统（LAN）中应用。单模光纤：只能传输一种模式的光纤。由于不存在模式色散，具有远大于多模光纤的带宽，这是高速传输必须的，带宽一般在几十G以上，且大多采用折射率阶跃分布的单模光纤。由于光纤制造工艺的提高，单模光纤有完全取代多模光纤的趋势。2-4光缆经过

8、一次涂覆和二次涂覆（套塑）的光纤虽然具有一定的抗拉强度，但还是比较脆弱，只能用于实验室和机房。为了使光纤用于各种场合，并顺利地完成敷设施工，必须把光纤和其他元件组合起来构成一体，这种组合体就是光缆。2-4-1光缆的技术要