第2章传输系统-光纤通信概述ppt课件.ppt

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1、光纤通信原理第一部分概述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纤维，但

2、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、

3、中继距离长目前，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

4、位置光泄漏也十分微弱。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。第二部分光纤的传输特性光

5、纤的特性很多，基本上可以分为几何尺寸特性、光学特性、传输特性、机械特性和温度特性五类。其中最主要的是光纤的传输特性。2-1光纤的损耗特性光纤通信是随着光纤损耗的不断降低而发展起来的，造成光纤损耗的原因很多，其损耗机理也很复杂。主要有三类：吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。2-1-1吸收损耗吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产生的损耗，前者是由光纤材料本身的特性所决定的，称为本征吸收损耗。本征吸收损耗本征吸收损耗是固有的，他包括紫外吸收损耗和红外吸收损耗。紫外吸收损耗对于波长小于0.

6、4微米的光波表现得特别强烈，形成紫外吸收带。红外吸收损耗对于波长大于2微米的光波表现得特别强烈，形成红外吸收带。杂质吸收损耗杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低而减小，直至清除。因此得到一个很宽的低损耗波长窗口，有利于波分复用（WDM）。原子缺陷吸收损耗原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之减小到可以忽略不记的程度。2-1-2散射损耗光线通过均匀透明介质时，从侧面是难以看到光线的，如果介质不均匀，如空气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介质中的不均匀性使光线四面八方散

7、开的结果，这种现象称之为散射。散射损耗是以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。散射损耗可分为线性散射损耗和非线性散射损耗。2-1-3弯曲损耗光纤的弯曲有两种形式：一种是曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲，我们习惯称为弯曲或宏弯；另一种是光纤轴线产生微米级的弯曲，这种高频弯曲习惯称为微弯。为了尽量减小这种损耗，施工过程中严格规定了光纤光缆的允许弯曲半径，使弯曲损耗降低到可以忽略不记的程度。2-2光纤的色散特性2-2-1色散的概念在物理光学中，色散是指由于某种物理原因使具有不同波长的光经过透明介质后被散开的现象。在光纤传输

8、理论中，借用了这一古老的术语表达了新的内容。在光纤中，光信号是由许多不同的成分（模式、频率）组成的，其传播速度不同，经过一段距离后，出现了时延差，从而引起信号畸变，这种现象称为色散。2-2-2模式色散模式色散一般存在于多模光纤中，由于在多模光纤中存在多个模式，其传播速度不同，使光脉冲展宽，最终影响光纤的