光纤通信的一些基础知识
光纤通信原理及基础知识
t D • Δ PMD= pmd * LΛ0.5
•
PMD Link
y=
1
n
n k 1
x
2 k
1 2
• PMDQ :99.99% probability of 100000 y
光纤的基本参数
光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散受限的最大理 论传输距离
偏振模色散受限的最大理论传输距离
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
光纤通信的基本原理
频谱分配
电磁波谱
低频
高频
微波
直流电
LW MW KW UKW dm cm
微观弯曲损耗：是指光纤受到不均匀应力的作
用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。
光纤的基本参数
参数典型值 光纤的光学及传输特性参数之一------
• 模场直径： • 衰减系数：
• 色散系数：
• 偏振模色散：
• 截止波长： • 弯曲损耗：
•1310nm: 8-10m; 1550nm: 9-11m
包层(SiO2+F )掺氟二氧化硅
125 µm
标准单模光纤
标准梯度折射率分布多模光纤
涂层(acrylic) 250 µm
涂层 250 µm
涂层
力学影响的防护
塑料光纤
涂层 1000 µm
光纤的基本结构和分类
光纤的分类
按材料分类：
光纤通信基本知识
一、光纤通信的基本知识（一）光纤通信的概念1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。
结果使观众们大吃一惊。
人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。
表面上看，光好像在水流中弯曲前进。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。
由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。
（视频）光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。
（视频）（二）光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。
采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。
中国光纤通信已进入实用阶段。
（三）光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：①频带宽，通信容量大。
光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。
频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光纤通信基础知识
一、优点： 1、传输频带宽、通信容量大； 2、传输损耗低；0.2dB/Km 3、不受电磁干扰；光纤非金属介质 4、成缆细、重量轻；光纤直径小（125μm） 5、丰资富源丰富；光纤的制造材料Sio2在自然中的含量十分 6、绕性好；弯曲直径达3mm时也不会折断 7、不怕潮湿、耐高压、耐高温、抗腐蚀。光纤的化学性
能稳定
主要因素
光纤通信的优点
光纤通信的缺点
使用光引起的
使用光纤引起 的
使用光半导体 元件引起的
信息传输容量大；无电磁干 需要光电变换设备 扰；无短路引起的事故；不 光直接放大难 发生火花；接地设计容易
传输损耗小、频带宽；无电 电力传输困难 磁感应障碍；可忽略串音； 弯曲半径不宜太小 重耐资高源量温 问轻、 题；不抗 小怕腐潮蚀湿；、有耐可高绕压性、；需 术 分要路高耦合级不切断方接便续技
损耗 使用波长
光纤主要尺寸参数
光纤类别
光纤数
谢谢！
三、按套塑结构可分为紧套光纤和松套光纤；按传输模 数可分为单模光纤和多模光纤。
四、按折射率分布可分为阶跃型光纤和梯度型光纤。
损利散射 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射
非本征 金属离子 OH离子、H2
制造缺陷
2、偏振模色散产生的原因
响应速度快 方向性好 光功率大
光纤通信的基本组成
电发 路光 盘盘
电收 路光 盘盘
收电电电发 光路放路光 盘盘大盘盘
发电电电收 光路放路光 盘盘大盘盘
收电 光路 盘盘
发电 光路 盘盘
纤芯 包层
一次涂层 缓冲层 二次涂层
纤芯 包层
树脂涂层 硬冲层
一、按传输模数分为单模光纤和多模光纤；
二、按传输波长可分为短波长光纤（0.85μm）和长波长 光纤(1.3—1.6μm)
光纤通信基础知识
光纤通信的基本概念光导纤维，是一种介质光波导，能把光封闭其中并且使光沿轴向进行传播的导波结构。
由石英玻璃、合成树脂等材料制成的极细的纤维。
单模光纤：纤芯8-10um、包层125um多模光纤：纤芯51um、包层125um利用光导纤维传输光信号的通信方式称为光纤通信。
光波属于电磁波的范畴。
可见光的波长范围是390-760nm，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。
光波的工作窗口（三个通信窗）：光纤通信中应用的波长范围是在近红外区短波长区（可见光，肉眼看是一种橘黄色的光）850nm橘黄色的光长波长区（不可见光区）1310nm（理论上的色散最小点）、1550nm （理论上的衰减最小点）光纤的结构与分类1. 光纤的结构理想的光纤结构：纤芯、包层、涂覆层、护套构成。
纤芯和包层用石英材料制作，机械性能比较脆弱，容易断，故一般会加两层涂覆层，一层树脂型、一层尼龙型，使得光纤柔性性能达到工程实际运用的要求。
2.光纤的分类（1）光纤按照光纤横截面的折射率分布划分：分为阶跃型光纤（均匀光纤）和渐变型光纤（非均匀光纤）。
假设，纤芯折射率为n1，包层折射率为n2为了使纤芯能够远距离传光，构成光纤的必要条件是n1>n2均匀光纤的折射率分布是个常数非均匀光纤的折射率分布规律：其中，△——相对折射率差α——折射指数，α=∞——阶跃型折射率分布光纤，α=2——平方律折射率分布光纤（一种渐变型光纤）这种光纤比起其他渐变型光纤，模式色散最小最优（2）按纤芯中所传输的模式数量来划分：分为多模光纤和单模光纤这里的模式是指：在光纤中所传输的光线的一种电磁场的分布，不同的场分布就是一种不同的模式。
单模（光纤中只传输一种模式）、多模（光纤中同时传输多种模式）目前由于对传输的速率要求越来越高、传输的数量要求越来越多，城域网向高速大容量方向发展，所以采用的多是单模阶跃型光纤。
（本身传输特性优于多模光纤）（3）光纤的特性：①光纤的损耗特性：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降。
光纤通信技术知识点简要(考试必备)
光纤通信.1.光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。
设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。
2.光纤主要有三种基本类型: 突变型多模光纤,渐变型多模光纤, 单模光纤. 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤3.光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。
渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。
单模光纤用在大容量长距离的系统。
1.55μm 色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。
色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。
三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。
偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。
4.分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方程法5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤.6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是光纤最重要的传输特性：损耗限制系统的传输距离, 色散则限制系统的传输容量.7.色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应. 色散的种类：模式色散、材料色散、波导色散.8. 波导色散纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时可能有一部分光进入包层之内，在包层内传输一定距离后又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，即相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。
光纤通信重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结光纤通信是指利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
光纤通信具有高带宽、长传输距离、低损耗和抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面是光纤通信的重要知识点总结：1.光纤的组成与结构：光纤主要由芯、包层和包衣组成。
芯是光信号传输的区域，通常由高折射率的材料制成；包层是用低折射率材料包围芯，起到光信号在纤芯内反射传播的作用；包衣是保护光纤的外层，通常由聚合物材料制成。
2.光纤的工作原理：光信号通过光纤的内部反射传播。
当光线从纤芯射入包层界面时，根据全反射原理，光线会完全反射回纤芯内部，从而沿着光纤传输。
通过控制入射角度和光纤材料的折射率可实现光信号的传输和传播。
3.光纤的传输特性：光纤具有高带宽、低损耗和低延迟等优点。
由于采用了光的传输方式，能够实现高速率的数据传输，大大提高了通信的速度和容量。
光纤的损耗非常低，可以在长距离范围内传输信号，而且几乎不受电磁干扰和信号衰减影响。
同时，光信号在光纤中的传输速度非常快，几乎接近光速，因此具有低延迟特性。
4.光纤通信系统的组成：光纤通信系统一般由光源、调制器、光纤传输介质、光解调器和接收器等组成。
光源可以是激光器或发光二极管等，用来产生光信号。
调制器用来将电信号转换成光信号，例如使用调制技术将数字信号转换成光脉冲信号。
光解调器则将光信号转换为电信号，通常使用光电二极管或光电探测器等光电转换器件。
接收器接收到光信号后进行信号处理和解码，将其转化为原始的电信号。
5.光纤通信的调制技术：光纤通信中常用的调制技术包括直接调制和外调制两种。
直接调制是通过改变激光器的电流或电压来实现光信号的调制，简单且成本低，但调制深度较浅。
外调制则是利用外部器件（如调制器）来对光信号进行调制，可以实现高深度的调制，但需要较复杂的设备和技术。
6.光纤通信网络的结构：光纤通信网络一般采用分布式结构或集中式结构。
分布式结构中，光纤纷纱采用星型或网状拓扑结构连接各个用户，每个用户都连接到一个光纤节点。
光纤通信 知识点总结
光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术，它使用光纤作为传输媒质，通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。
光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
本文将对光纤通信的相关知识点进行总结，包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。
一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动又可以表现为微粒。
光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。
2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。
它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成，通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。
二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成，芯是由单质或复合材料制成，包层是由低折射率的材料构成，使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。
2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分，它用于将光纤连接在一起，保证光信号的传输质量。
3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备，用于向光纤中输入光信号；接收器是用于接收光纤传输过来的光信号，并将其转换为电信号。
三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信，可以传输更多的信息。
2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信，可以满足更长距离的通信需求。
3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信，可以实现更快的数据传输。
4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰，抗干扰性能强。
5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波，安全可靠。
四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。
2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号，光信号经过调制解调器进行调制，然后通过光纤进行传输，接收器接收光信号并将其转换为电信号，经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解，最终传输到目标设备。
光纤通信基础知识
同步 TDM A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
周期1 周期 周期2 周期
可用带宽
异步TDM 异步 A1 B1
周期1 周期
B2
周期2 周期
C2
ATM是一项数据传输技术。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种 是一项数据传输技术。 是以信元为基础的一种分组交换和复用技术， 是一项数据传输技术 是以信元为基础的一种分组交换和复用技术 为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。 为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。 ATM的传送单元是固定长度 的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元） 的传送单元是固定长度 的 （信元） ATM适配层（AAL）是把一特定的数据源转换成ATM通讯量的特定类型的服务，也就是说 适配层（ ）是把一特定的数据源转换成 通讯量的特定类型的服务， 适配层 通讯量的特定类型的服务 处理建立用户所要求的服务质量的机制。有四个被定义的类： 它 处理建立用户所要求的服务质量的机制。有四个被定义的类： A 级 - 固定比特率 固定比特率(CBR)业务 业务:ATM适配层 适配层1(AAL1),支持面向连接的业务 其比特率固 支持面向连接的业务,其比特率固 业务 适配层 支持面向连接的业务 常见业务为64Kbit/s话音业务 固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电 话音业务,固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电 定,常见业务为 常见业务为 话音业务 路。 B 级 - 可变比特率 可变比特率(VBR)业务 业务:ATM适配层 适配层2(AAL2)。支持面向连接的 业务 适配层 。 业务, 其 比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信 业务 比特率是可变的。 和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性, 和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性 其原因是 接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。 接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。 C 级 - 面向连接的数据服务 面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务 适 。该业务为面向连接的业务,适 用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立 用于文件传递和数据网业务 其连接是在数据被传送以前建立 的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。 它是可变比特率的 但是没是介面传递延迟。 但是没是介面传递延迟 D 级 - 无连接数据业务 常见业务为数据报业务和数据网业务。 在 无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务 常见业务为数据报业务和数据网业务。 传递数据前, 其连接不会建立。 均支持此业务。 传递数据前 其连接不会建立。AAL3/4或AAL5均支持此业务。 或 均支持此业务
光纤通信知识点归纳
第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。
对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。
2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。
3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。
（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。
（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。
（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
光纤通信原理及基础知识
光纤通信原理及基础知识光纤通信是一种利用光信号传输信息的通信技术。
它基于光波在光纤中的传输，具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面将介绍光纤通信的原理和一些基础知识。
1.光纤通信原理光纤通信的原理基于光的全内反射。
光纤是由一个或多个折射率不同的材料构成，光信号通过光纤中的光核进行传输。
当光信号从一个折射率较高的材料传到折射率较低的材料时，会发生全内反射，光信号会在光纤中沿着光核一直传输。
光纤通信系统主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
光源产生光信号并将其注入光纤中，光纤将光信号传输到目标位置，光接收器将光信号转化为电信号进行处理。
这样就完成了光纤通信的整个过程。
2.光纤类型根据应用场景和使用材料的不同，光纤可以分为多种类型。
常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF）是一种具有较小光纤芯径的光纤，适用于远距离传输。
它可以在光纤中传输一个光模式，具有较低的传输损耗和较小的色散效应。
单模光纤主要用于长距离通信和数据传输。
多模光纤（Multi-Mode Fiber，MMF）是一种具有较大光纤芯径的光纤，适用于短距离传输。
多模光纤可以在光纤中传输多个光模式，但由于折射率不同，不同光模式的传输速度会有差异。
多模光纤主要用于局域网、数据中心等短距离通信场景。
3.光纤连接方式光纤连接主要有两种方式：直连和连接器。
直连是将两根光纤通过激光焊接技术直接连接起来。
直连具有较低的插损和回波损耗，但连接时需要专业操作，一旦连接失败将无法更换。
连接器是将光纤端面抛光并用连接器将两根光纤连接在一起。
连接器具有灵活性，连接和更换方便，但具有一定的插损和回波损耗。
4.光纤通信的关键参数光纤通信中，有几个重要的参数需要关注。
带宽是指光纤传输信号的频率范围。
带宽越大，传输速率越高。
损耗是光信号在光纤中传输时丢失的能量。
损耗越小，信号传输的距离越远。
色散是指光信号在光纤中传输时信号传播速度与光波长之间的关系。
光纤通信基本知识
传送层
复用段层网络
段层
再生(zàishēng)段层网络
传输
媒质层
物理层网络
2
第二十七页，共36页。
SJTU
SDH的承载(chéngzài)业务
L5~7
Application
L4
TCP/UDP
L3
IP
L2 ATM FR PPP/HDLC LAPS SDL
L1
SDH
L0
WDM
FR: Frame Relay
具有广泛的适应性
丰富的开销比特,加强了网络的OAM能力 (nénglì)
统一的标准光接口
采用软件进行网络配置和控制,便于扩展 具有完全的后向兼容性和前向兼容性
2
第二十一页，共36页。
SJTU
SDH的比特率
等级(děngjí) 速率（Mb/s）
STM-1
155.520
STM-4
622.080
光纤通信(ɡuānɡ xiān tōnɡ xìn)系统 的新技术
延长中继距离的新技术(jìshù) 光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)
提高通信容量的新技术(jìshù) 时分复用技术(jìshù)（TDM） 波分复用技术(jìshù)（WDM）
同步数字系列（SDH---Synchronous Digital
Hierarchy） SDH是由一些网络单元(NE)组成
的、在光纤上进行同步信息传输、复用、分插
和交叉连接的网络
2
第二十页，共36页。
SJTU
SDH的特点(tèdiǎn)
国际统一的数字传输标准STM-N 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,
光纤通信知识点
光纤通信优点光纤通信之所以受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
1、通信容量大从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000 亿个话路。
虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输24 万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。
一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十根甚至上千根光纤，如果再加上波分复用技术把一根光纤当作几根、几十根光纤使用，其通信容量之大就更加惊人了。
2、中继距离长由于光纤具有极低的衰耗系数(目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下)，若配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。
这是传统的电缆(1.5km)、微波(50km)等根本无法与之相比拟的。
因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。
据报导，用一根光纤同时传输24 万个话路、100 公里无中继的试验已经取得成功。
此外，已在进行的光孤子通信试验，已达到传输120 万个话路、6000 公里无中继的水平。
因此，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可能的。
3、保密性能好光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因此其保密性能极好。
4、适应能力强适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强(弯曲半径大于25 厘米时其性能不受影响)等。
5、体积小、重量轻、便于施工维护光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。
6、原材料来源丰富，潜在价格低廉制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的。
因此其潜在价格是十分低廉的。
光纤的重量轻，光缆的重要比电缆轻得多，例如18管同轴电缆1m的重量为11kg，而同等容量的光缆1m重只有90g，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。
还有，光纤柔软可挠，容易成束，能得到直径小的高密度光缆。
光纤通信原理及基础知识
光纤通信原理及基础知识
一、光纤通信原理
光纤通信的核心技术是光子学，它是利用光纤光缆中的光纤对光信号进行传播和传输。
光纤光缆是一种由多根光纤缆组成的电缆，用来传输可见光或近红外波长范围内的光信号。
它包含一根中心的内管，围绕着由若干根绝缘光缆组成的外面，以及外面包裹的电缆套管。
光纤具有比一般电线传输快和体积小的优势。
而且它可以传输的信息量比一般电线传输的信息量大得多，在数据传输，广播和电视节目传输，网络传输，数据中心和建筑物的内部数据传输，机场、地铁和高速列车的安全监控等场合有广泛的应用。
二、光纤通信基础知识
1、光纤的基本结构
光纤是由内管、纤芯、护套和外皮组成的。
内管是光纤的中心，由若干根细细的玻璃或塑胶的纤维组成，用来把发出的信号紧密包裹起来；纤芯则由抗光折射率差异的介质层组成，可以实现光子的数字信号传输；护套是中心纤芯的保护层，由特殊的材料构成，用以抗折和抗磨损；。
光纤通信--相关知识点
光纤通信的关键组件、工作原理、优点光纤通信是一种基于光纤传输光信号的高速通信技术。
它利用光的传输速度快、带宽大的特点，通过光纤传输信号，实现远距离、高速、大容量的通信传输。
光纤通信系统主要包括三个关键组件：1.光发射器（光源）：光发射器产生光脉冲信号，并将其转化为光信号。
常用的光源包括激光二极管（LD）和LED （发光二极管）。
2.光纤传输介质：光纤是一种由高纯度玻璃或塑料制成的细长线材，具有非常高的折射率。
光信号通过光纤的全内反射传输，几乎不会受到衰减和信号干扰。
3.光接收器（光检测器）：光接收器将传输的光信号转化为电信号，并进行数据恢复与处理。
光接收器常用的检测器包括光电二极管（PD）和光电倍增管（PMT）。
光纤通信的工作原理如下：1.数据转换：发送方将需要传输的数据转化为电信号。
2.光发射：光发射器将电信号转化为光信号，并发送到光纤中。
3.光传输：光信号通过光纤快速传输，通过光的全内反射在光纤中进行反射。
4.光接收：光信号到达接收端后，光接收器将光信号转化为电信号。
5.数据处理：接收端的电信号经过电子设备的放大、滤波和解调等处理，最终恢复出原始的数据信息。
光纤通信的优点包括：1.高带宽：光纤通信具有非常高的传输带宽，能够实现大容量的数据传输。
2.高速度：光信号的传输速度非常快，远远超过了传统的铜线传输。
3.长距离传输：光信号在光纤中几乎不衰减，能够实现远距离的信号传输。
4.抗干扰性：光纤通信对电磁干扰和信号衰减的影响较小，信号质量稳定可靠。
5.安全性：光信号在传输过程中不会产生外部电磁辐射，难以被窃听，具有较高的安全性。
光纤通信广泛应用于长途通信、局域网、数据中心互联、无线通信、有线电视和医疗诊断等领域，推动了信息传输速度和容量的大幅提升。
随着技术的进步，光纤通信的应用前景更加广阔。
光纤通信基本知识
光通信基本知识1.简述光纤的组成。
◆光纤由两个基本部分组成：由透明的光学材料制成的芯和包层、涂敷层。
2.描述光纤线路传输特性的基本参数有哪些？◆包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。
3.产生光纤衰减的原因有什么？◆光纤的衰减是指在一根光纤的两个横截面间的光功率的减少，与波长有关。
造成衰减的主要原因是散射、吸收以及由于连接器、接头造成的光损耗。
4.光纤衰减系数是如何定义的？◆用稳态中一根均匀光纤单位长度上的衰减（dB/km）来定义。
5.插入损耗是什么？◆是指光传输线路中插入光学部件（如插入连接器或耦合器）所引起的衰减。
6.光纤的带宽与什么有关？◆光纤的带宽指的是：在光纤的传递函数中，光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB 时的调制频率。
光纤的带宽近似与其长度成反比，带宽长度的乘积是一常量。
7.光纤的色散有几种？与什么有关？◆光纤的色散是指一根光纤内群时延的展宽，包括模色散、材料色散及结构色散。
取决于光源、光纤两者的特性。
8.信号在光纤中传播的色散特性怎样描述？◆可以用脉冲展宽、光纤的带宽、光纤的色散系数三个物理量来描述。
9.什么是截止波长？◆是指光纤中只能传导基模的最短波长。
对于单模光纤，其截止波长必须短于传导光的波长。
10.光纤的色散对光纤通信系统的性能会产生什么影响？◆光纤的色散将使光脉冲在光纤中传输过程中发生展宽。
影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。
11.什么是背向散射法？◆.背向散射法是一种沿光纤长度上测量衰减的方法。
光纤中的光功率绝大部分为前向传播，但有很少部分朝发光器背向散射。
在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线，从一端不仅能测量接入的均匀光纤的长度和衰减，而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。
12.光时域反射计（OTDR）的测试原理是什么？有何功能？◆OTDR基于光的背向散射与菲涅耳反射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。
光纤光缆21条基础知识
光纤光缆基础知识1. 光纤的结构是怎么样的？光纤裸纤一般分为三层：纤芯、包层和涂覆层。
光纤的结构：光纤纤芯和包层是由不同折射率的玻璃组成，中心为高折射率玻璃纤芯(掺锗二氧化硅)，中间为低折射率硅玻璃包层(纯二氧化硅)。
光以一特定的入射角度射入光纤，在光纤和包层间发生全发射（由于包层的折射率稍低于纤芯），从而可以在光纤中传播。
涂覆层的主要作用是保护光纤不受外界的损伤，同时又增加光纤的柔韧性。
正如前面所述，纤芯和包层都是玻璃材质，不能弯曲易碎，涂覆层的使用则起到保护并延长光纤寿命的作用。
2.光缆的组成光纤由纯石英以特别的工艺拉丝成比头发还细中间有几介质的玻璃管，它的质地脆易断，因此需要外加一层保护层。
光纤外层加上塑料保护套管及塑料外皮就成了光缆。
光缆包含光纤，光纤就是光缆内的玻璃纤维，广泛上来说光纤是光缆，都是一种传输介质。
但严格意义上讲，两者是不相同的产品，光纤和光缆的区别：光纤是一种传输光束的细而柔软的媒质。
多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。
所以光纤是光缆的核心部分，光纤经过一些构件极其附属保护层的保护就构成了光缆。
3.光纤的工作波长？光是由它的波长来定义，在光纤通信中，使用的光是在红外区域中的光，此处光的波长大于可见光。
在光纤通信中，典型的波长是800到1600nm，其中最常用的波长是850nm、1310nm和1550nm。
在选择传输波长时，主要综合考虑光纤损耗和散射。
目的是通过向最远的距离、以最小的光纤损耗来传输最多的数据。
在传输中信号强度的损耗就是衰减。
衰减度与波形的长度有关，波形越长，衰减越小。
光纤中使用的光在850、1310、1550nm处的波长较长，故此光纤的衰减较小，这也导致较少的光纤损耗。
并且这三个波长几乎具有零吸收，最为适合作为可用光源在光纤中传输。
4.最小色散波长和最小损耗波长在目前商用光纤中，什么波长的光具有最小色散？什么波长的光具有具有最小损耗？1310nm波长的光具有最小色散，1550nm波长的光具有最小损耗。
PON+ONU光纤通信基础知识
一、光学通信基础光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。
光传输原理：光在从一种介质到另外一种介质传播过程中，在两种介质表面会产生光的折射和反射；所以若需要光作为信息载体在理想无损耗的情况下传输信息，则纤芯的折射率要大于纤芯包层，入射光角度要大于临界角，光会在光纤中产生全反射（1），延光纤进行传输。
传输波长：不同波长的光在同一光纤中传输，其色散、散射、损耗都不同，为满足光纤传输过程中损耗最小，主要以850窗口、1310窗口（最适用单模光纤）、1550nm窗口（最适用多模光纤）波长作为常用通信波长。
光纤：光纤主要分为单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF），多模因传输模式复杂，光纤端面大，损耗大，只适用在短距离多种模式的场景；针对于PON传输业务，都基于单模光纤传输。
光学上把具有一定频率，一定的偏振状态和传播方向的光波叫做光波的一种模式。
光纤连接头分以下几类，又以端面是否为平面或斜面分为PC和UPC。
PON传输领域主要以SC/PC光纤为主，特殊情况特殊处理。
WDM：波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；二、光模块相关指标：1. 眼图：光眼图是包含从“000”到“111”的所有光电平的状态组叠加成的图形；通常取眼图仪的1.25UI眼图显示来分析眼图指标。
2. 平均光功率（AOP）光逻辑电平1和逻辑电平0的功率平均值。
光功率单位常用毫瓦(mW)和分贝毫伏(dbm)表示，dbm=10*lg(mW)。
测试方法：使用手持光功率计，选择被测光波长，将光纤接入光功率计得出读数。
注光眼图仪中有平均光功率的测量项，但存在内部插损、未校准、分光插损、统计方式差异等会造成和手持光功率计读数有较大差异，不建议以眼图仪中测量值为准。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•引起光纤损耗的主要机理： 引起光纤损耗的主要机理： 引起光纤损耗的主要机理
•光能量的吸收损耗、散射损耗、辐射损耗 光能量的吸收损耗、散射损耗、 光能量的吸收损耗
2.5
第一传输窗口
OH离子吸收峰 OH离子吸收峰
光纤带宽： 光纤带宽： 1300nm窗口约 窗口约100nm， 窗口约 ， 1550nm窗口约 窗口约100nm， 窗口约 ， 共200nm，约30THz ，
光源： MLM多纵模激光器
F-P腔的作用 •方向选择 •光谱相位条件 相位条件
2kL = 2mπ 1 1 ln g = α int + RR 2L 1 2
主要参数： •工作波长 •最大rms谱宽 •出纤功率
振幅条件
光源： SLM单纵模激光器
分布反馈（ 分布反馈（DFB）激光器 ） 分布布拉格反射（ 分布布拉格反射（DBR）激光器 ） •分布反馈，不同的纵模具有不同的损耗，某一纵模 分布反馈，不同的纵模具有不同的损耗， 分布反馈 的损耗最小（净增益最大）而达到选模振荡条件。 的损耗最小（净增益最大）而达到选模振荡条件。 特点： 特点： •单纵模 单纵模 •窄谱线 窄谱线 •波长稳定好 波长稳定好 •线性度好 线性度好 主要参数： 主要参数： •工作波长 工作波长 •-20dB谱宽 谱宽 •边模抑制比 〉30dB 边模抑制比 •出纤功率 出纤功率
• 1966 高锟 理论预言 • 70年代，室内光纤通信实验 年代， 年代 • 76年后，实用光纤通信系统出现 年后， 年后 • 80年美国 年美国AT&T公司 公司45Mb/s光纤通信系统商用 年美国 公司 光纤通信系统商用 • 光纤通信的发展经历了短波长-长波长、多模光纤光纤通信的发展经历了短波长 长波长、多模光纤 长波长 单模光纤、低速率-高速率 高速率： 单模光纤、低速率 高速率：~10Gb/s，甚至 ， 40Gb/s 、单波长 单波长-DWDM、OEO网络 全光网络 网络-全光网络 、 网络 全光网络... • 随着光纤和光器件的降价，光纤传输在向超大容 随着光纤和光器件的降价， 超长距离发展的同时， 量、超长距离发展的同时，也越来越多地用于小 容量、 容量、短距离的接入网中
光探测器
光电转换器件 要求：高效率，低噪声， 要求：高效率，低噪声，宽带 类型：光电导型—响应速度太慢 响应速度太慢， 类型：光电导型 响应速度太慢，不能用于通信 光电压型—采用反偏 采用反偏PN结 光电压型 采用反偏 结 • PN光电二极管 光电二极管 • PIN光电二极管 光电二极管 • APD雪崩光电二极管 雪崩光电二极管
光探测器：PIN光电二极管
光探测器：APD光电二极管
•利用电离碰撞 1个光子产生多对电子 空穴对 有增益 利用电离碰撞, 个光子产生多对电子 空穴对,有增益 利用电离碰撞 个光子产生多对电子-空穴对
入射光-------一对电子-空穴对 一次光生电流 一对电子 空穴对 一次光生电流)-------------入射光 一对电子 空穴对(一次光生电流 与晶格碰撞电离---------多对电子 空穴对 二次光生电流） 空穴对(二次光生电流 与晶格碰撞电离 多 电子-空穴对 二次光生电流）
光纤：多模、单模光纤比较
光纤：主要参数
传输特性 −损耗 损耗(dB/km)、色散 损耗 、色散(ps/nm.km) 等 •损耗 直接影响中继距离； 损耗 直接影响中继距离； •色散 引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响 色散 引起光脉冲展宽和码间串扰， 通信距离和容量。 通信距离和容量。
光纤：损耗
光纤数字传输系统：光接收机
时钟提取与数据再生（ 时钟提取与数据再生（CDR） ） 将均衡器输出的升余弦信号恢复成数字信号，包括： 将均衡器输出的升余弦信号恢复成数字信号，包括：时 钟提取电路、 钟提取电路、判决电路 要求： 要求： •抗连“0”和连“1” 抗连“ ”和连“ ” 抗连 •时钟抖动小 时钟抖动小
概述： 概述：光纤通信分类 按信息表达方式： 按信息表达方式：模拟与数字 模拟传输：有线电视 模拟传输：
— 线性度，信躁比 线性度，
数字传输： 数字传输：PDH, SDH, GE
— 速率，误码率，灵敏度 速率，误码率，
光纤：构造
• 结构特性
– 纤芯、包层、涂覆层 纤芯、包层、 – 外径：125µm、内径：50 µm（多模）4~10 外径： µ 、内径： （多模） µm（单模） （单模） – 材料：SiO2，高折射纤芯区通过掺 e和P形 材料： 高折射纤芯区通过掺G 形 成
– 以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信
概述： 概述：光纤通信的优点
• • • • • • • 频带宽、 频带宽、信息容量大 传输损耗低、 传输损耗低、无中继距离远 材料丰富 抗电磁干扰 光纤间串话小， 光纤间串话小，保密性好 耐腐蚀、 耐腐蚀、耐高压 体积小、 体积小、质量轻
概述： 概述：光纤通信系统的发展历程
光纤数字传输系统：光接收机
光信号 光电 变换 前置 放大 主放 大器 均衡 滤波 电信号 判 决 器 时钟信号 时钟恢复 时钟提取与数据再生 （CDR）
AGC电路 电路 前端 线性通道
基本参数: 基本参数 工作波长、码速率、接收灵敏度（误码率）、 ）、过载点 工作波长、码速率、接收灵敏度（误码率）、过载点
光纤数字传输系统：光接收机
• 光学特性
– 折射率分布
√ 阶跃型光纤、梯度型光纤、三角分布、双包层 阶跃型光纤、梯度型光纤、三角分布、 （W型） 型Βιβλιοθήκη 光纤：构造光纤：分类
按照光纤传输模式的多少分： 按照光纤传输模式的多少分：
√ 单模光纤 √ 多模光纤
按照光纤截面折射率分布分： 按照光纤截面折射率分布分：
√ 阶跃型光纤 √ 梯度型光纤 多模光纤 梯度型光纤(多模光纤 多模光纤) √三角分布 色散位移光纤 三角分布--色散位移光纤 三角分布 色散位移光纤(DSF G.653),非零色散位 非零色散位 移光纤(NZ-DSF G.655) 移光纤
• 拓扑结构
1 2 1 2 3 5 4 1 2 3
点对点系统
线形网络
环形网络
•系统组成 系统组成
电信号 光发射机
光纤
光接收机 无中继系统
电信号
光纤 电信号 光发射机 中继器 中继系统 光接收机 电信号
光纤数字传输系统：光发射机
数字信号
线路编码
调制电路 光信号 光源
•线路编码： 线路编码： 线路编码 消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于接收及监测。 消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于接收及监测。 大体可归纳为三类：扰码二进制、字变换码、 大体可归纳为三类：扰码二进制、字变换码、插入型码 •调制格式： 调制格式： 调制格式 归零码(RZ)、非归零码 归零码 、非归零码(NRZ)，当前数字光纤通信以 ，当前数字光纤通信以NRZ为主 为主 •调制方式： 调制方式： 调制方式 强度调制-直接检测 直接检测(IM-DD)，是最简单、最初级的方式。 强度调制 直接检测 ，是最简单、最初级的方式。
光纤：分类
ITU-T标准光纤 标准光纤 √G.652：普通单模光纤（SSMF） ：普通单模光纤（ ） √G.653：色散位移光纤 ：色散位移光纤(DSF) √G.654: 截止波长位移光纤（CSF），多用于海缆 截止波长位移光纤（ ） √G.655：非零色散位移光纤 ：非零色散位移光纤(NZ-DSF) 特种光纤: 特种光纤: 保偏光纤（ 保偏光纤（PM） ） 色散补偿光纤（ 色散补偿光纤（DCF） ） 掺铒光纤（ 掺铒光纤（EDF）等 ）
光纤：色散
G.652: 零色散波长:1300nm 零色散波长 1550色散 色散:~16~17ps/nm.km 色散 G.653: 零色散波长:1550nm 零色散波长 G.655: 1550nm色散 色散:2~6ps/nm.km 色散
光纤：色散
0.6 0.5 衰减 (dB/km) dB/km) 0.4 0.3 0.2 0.1 1100
G.655 G.652 & G.654 EDFA 频带
20
G.653
10 0 -10 -20 色散 ps/nm.km) 色散(ps/nm.km)
1200
1300 波长(nm) 波长 输入脉冲
1400
1500
1600
1700
输出脉冲
+ Disp
光纤：色散
光源
• LED发光二极管 发光二极管 光谱宽，耦合功率小， 光谱宽，耦合功率小，稳定度低 适合于多模、短距离传输。 适合于多模、短距离传输。价格低 • LD激光二极管 激光二极管 光谱窄，功率大，稳定度高， 光谱窄，功率大，稳定度高，适合于 单模、长距离传输。 单模、长距离传输。价格高
光纤数字传输系统：光发射机
•基本参数 基本参数 •码速率 码速率 •平均发送光功率 平均发送光功率(dBm) P=10 lg P(mW) 平均发送光功率 -10dBm相当于 毫瓦 相当于0.1毫瓦 相当于 •眼图（模板） 眼图（ 眼图 模板） •消光比 •消光比(dB) EX=10 lg (P1/P0) 消光比(dB) •光谱特性 光谱特性 •波长 波长 •最大均方根宽度 最大均方根宽度(MLM) 最大均方根宽度 •最大 最大20dB跌落宽度 跌落宽度(SLM) 最大 跌落宽度 •最小边模抑制比 最小边模抑制比(SMSR) SMSR=10lg(M1/M2) 最小边模抑制比
吸收 外电场加速
光探测器：材料与波长
Si：λC=1.06µm，使用范围：0.5~1.0 µm ： µ ，使用范围： Ge： λC=1.6µm，使用范围：1.1~1.6 µm ： µ ，使用范围： InGaAs： λC=1.6µm，使用范围：1.1~1.6 µm ： µ ，使用范围：
光纤数字传输系统：结构
光纤数字传输系统：光接收机
误码率（ 误码率（BER）： ）： 接收机判决电路错误确定一个比特的概率。 接收机判决电路错误确定一个比特的概率。 接收灵敏度： 接收灵敏度： 接收机工作于某一误码率（例如10 接收机工作于某一误码率（例如 -10）所要求 的最小平均接收光功率（ 的最小平均接收光功率（dBm)。 。