光纤PPT讲稿
合集下载
《光纤简介》PPT课件
光纤简介
一、光纤的分类 二、光纤的制造 三、光纤的传输特性 四、光纤器件 五、特种光纤
精选ppt
1
一 光纤的分类
光纤是由中心的纤芯和外围的包层组成的同轴圆柱形石英细丝。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。
石英光纤
1
或
sin 0 = 1－
[n2/n1]2
光纤的数值孔径（NA）：NA ＝ n0sin0 ＝
n12 － n22
精选ppt
23
光纤的特征参数
1、光纤的数值孔径（NA）
NA = n0 sin 0 =
2、归一化频率
n12 － n22
相对折射率差： = n12－ n22 2n12
= n1 2 ;
≈
n1－ n2 n1
掺杂试剂
第二步：熔制芯层玻璃。
主体材料：液态SiCl4；掺杂试剂：GeCl4；载运气体：O2
SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑
GeCl4+O2→GeO2+2Cl2↑
SiO2 － GeO2沉积在内包层玻璃上，成为芯层玻璃。
精选ppt
19
(2) 预制棒拉制成丝
预制棒由送料机构送入 管状加热炉（石墨电阻炉）中， 当预制棒尖端热到一定温度时， 粘度变低，靠自身重量逐渐下 垂变细形成纤维。纤维经由纤 径测量仪监测并拉引到牵引辊 绕到卷筒上。送料机构的速度 必须与牵引辊收丝的速度相适 应。拉丝速度一般为30～100 米/秒。
L
3dB耦合器
4
M－Z 的传输特性:
T1-3 = cos2[/2] ，
T1-4 = sin2[/2] ， = 2Lnf
一、光纤的分类 二、光纤的制造 三、光纤的传输特性 四、光纤器件 五、特种光纤
精选ppt
1
一 光纤的分类
光纤是由中心的纤芯和外围的包层组成的同轴圆柱形石英细丝。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。
石英光纤
1
或
sin 0 = 1－
[n2/n1]2
光纤的数值孔径（NA）：NA ＝ n0sin0 ＝
n12 － n22
精选ppt
23
光纤的特征参数
1、光纤的数值孔径（NA）
NA = n0 sin 0 =
2、归一化频率
n12 － n22
相对折射率差： = n12－ n22 2n12
= n1 2 ;
≈
n1－ n2 n1
掺杂试剂
第二步：熔制芯层玻璃。
主体材料：液态SiCl4；掺杂试剂：GeCl4；载运气体：O2
SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑
GeCl4+O2→GeO2+2Cl2↑
SiO2 － GeO2沉积在内包层玻璃上，成为芯层玻璃。
精选ppt
19
(2) 预制棒拉制成丝
预制棒由送料机构送入 管状加热炉（石墨电阻炉）中， 当预制棒尖端热到一定温度时， 粘度变低，靠自身重量逐渐下 垂变细形成纤维。纤维经由纤 径测量仪监测并拉引到牵引辊 绕到卷筒上。送料机构的速度 必须与牵引辊收丝的速度相适 应。拉丝速度一般为30～100 米/秒。
L
3dB耦合器
4
M－Z 的传输特性:
T1-3 = cos2[/2] ，
T1-4 = sin2[/2] ， = 2Lnf
光纤PPT课件
光纤的典型结构是多 层同轴圆柱体由图31-1 所 示 ， 自 内 向 外 为纤芯、包层及涂覆 层。纤芯和包层合起 来构成裸光纤，光纤 的光学及传输特性主 要由它决定。涂覆层
2
光纤按折射率分布来分类，一般可 分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
(1) 阶跃型光纤
如果纤芯折射率(指数)n1半径方向保 持一定，包层折射率n2沿半径方向 也保持一定，而且纤芯和包层的折 射率在边界处呈阶梯型变化的光纤， 称为阶跃型光纤，又可称为均匀光 纤，它的结构如图3-1-2(a)所示。
2
渐变折射率光纤可以降低模间色散，如 图3-2-2所示
选择合适的折射率分布就有可能使所有 光线同时到达光纤输出端。
相对折射指数差Δ和数值孔径NA是描 述光纤性能的两个重要参数。
1相对折射指数Δ
光纤纤芯的折射率和包层的折射率的 相差程度可以用相对折射指数差Δ来 表示
相对折射指数Δ很小的光纤称为弱导
(2) 渐变型光纤
如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包 层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤， 又称为非均匀光纤，它的结构如图3-1-2(b)所示。
1
光线入射在纤芯与包层界面上会发 生全反射，当全反射的光线再次入 射到纤芯与包层的分界面时，它被 再次全反射回纤芯中，这样所有满 足θ1＞θc的光线都会被限制在纤芯中 而向前传输，这就是光纤传光的基 本原理。
第三章 光纤
3.1光纤概述 3.2光纤的导光原理 3.3相对折射指数差Δ和数值孔径NA 3.4阶跃型光纤的波动光学理论 3.5阶跃型光纤的标量模 3.6可导与截止 3.7渐变型光纤的理论分析 3.8光纤的损耗特性 3.9光纤的色散特性 3.10单模光纤 3.11光纤的传输带宽
1光纤结构
2
光纤按折射率分布来分类，一般可 分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
(1) 阶跃型光纤
如果纤芯折射率(指数)n1半径方向保 持一定，包层折射率n2沿半径方向 也保持一定，而且纤芯和包层的折 射率在边界处呈阶梯型变化的光纤， 称为阶跃型光纤，又可称为均匀光 纤，它的结构如图3-1-2(a)所示。
2
渐变折射率光纤可以降低模间色散，如 图3-2-2所示
选择合适的折射率分布就有可能使所有 光线同时到达光纤输出端。
相对折射指数差Δ和数值孔径NA是描 述光纤性能的两个重要参数。
1相对折射指数Δ
光纤纤芯的折射率和包层的折射率的 相差程度可以用相对折射指数差Δ来 表示
相对折射指数Δ很小的光纤称为弱导
(2) 渐变型光纤
如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包 层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤， 又称为非均匀光纤，它的结构如图3-1-2(b)所示。
1
光线入射在纤芯与包层界面上会发 生全反射，当全反射的光线再次入 射到纤芯与包层的分界面时，它被 再次全反射回纤芯中，这样所有满 足θ1＞θc的光线都会被限制在纤芯中 而向前传输，这就是光纤传光的基 本原理。
第三章 光纤
3.1光纤概述 3.2光纤的导光原理 3.3相对折射指数差Δ和数值孔径NA 3.4阶跃型光纤的波动光学理论 3.5阶跃型光纤的标量模 3.6可导与截止 3.7渐变型光纤的理论分析 3.8光纤的损耗特性 3.9光纤的色散特性 3.10单模光纤 3.11光纤的传输带宽
1光纤结构
光纤讲义.ppt
位光纤，使1300nm和1550nm处色散皆为零的色散 平坦光纤，或1550nm处具有负色散值的色散补偿 光纤
光纤材料的变化关系
D=DM+DW
17ps/nm.k m@1550nm
零色散 波长
43
偏振模色散
▪ 在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂
直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使 这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏 振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏 振模色散(PMD) 。
36
光纤的色散
色散的基本概念 色散的种类及其产生原因
37
色散的基本概念
▪ 光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于
不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。
▪ 光纤的色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离
和容量。
▪ 色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不
33
模场直径MFD
对单模光纤，2a与处
于同一量级，由于衍射
效应，模场强度有相当
一部分处于包层中，不
易精确测出2a的精确值，
因而只有结构设计上的
意义，在应用中并无实
2w
际意义，实际应用中常
用模场直径2w，即光
斑尺寸表示，近似为：
2a
e=2.71828
电场强度 降到峰值 的1/e
E0/e
W a 0.69 1.1619V 3 2 2.879V 6
n1 n11 n12 n13 n2
14
光线理论
理论上，光在渐变光纤的传播轨迹：
(z) Asin
2 a1
Z
n 2 光在渐变光纤
以不同角度入
n1 射的光线族皆
光纤材料的变化关系
D=DM+DW
17ps/nm.k m@1550nm
零色散 波长
43
偏振模色散
▪ 在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂
直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使 这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏 振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏 振模色散(PMD) 。
36
光纤的色散
色散的基本概念 色散的种类及其产生原因
37
色散的基本概念
▪ 光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于
不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。
▪ 光纤的色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离
和容量。
▪ 色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不
33
模场直径MFD
对单模光纤，2a与处
于同一量级，由于衍射
效应，模场强度有相当
一部分处于包层中，不
易精确测出2a的精确值，
因而只有结构设计上的
意义，在应用中并无实
2w
际意义，实际应用中常
用模场直径2w，即光
斑尺寸表示，近似为：
2a
e=2.71828
电场强度 降到峰值 的1/e
E0/e
W a 0.69 1.1619V 3 2 2.879V 6
n1 n11 n12 n13 n2
14
光线理论
理论上，光在渐变光纤的传播轨迹：
(z) Asin
2 a1
Z
n 2 光在渐变光纤
以不同角度入
n1 射的光线族皆
光纤和光缆PPT课件
面(r - z)示于图2.5。
r
i dr
o
dz ri
rm
0
纤芯n(r) p
* r
z
图 2.5 渐变型多模光纤的光线传播原理
第17页/共65页
r
i dr
o
dz ri
rm
0
纤芯n(r) p
* r
z
图 2.5 渐变型多模光纤的光线传播原理
如式(2.6)所示，一般光纤相对折射率差都很小，光线和中心轴线z的夹角也 很小，即sinθ≈θ。由于折射率分布具有圆对称性和沿轴线的均匀性，n与φ和z无关。 在这些条件下， 式(2.7)可简化为
g=2，n(r)按平方律(抛物线)变化，表示常规渐变型多模光纤的折射率分布。具有
这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小
第15页/共65页
由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r的函数，纤芯各点数值孔径不同， 所以要定义局部数值孔径NA(r)和最大数值孔径NAmax
An(r)
r
i dr
o
dz ri
rm
0
纤芯n(r) p
(2.12a)
* r
z
由出射光线得到dr/dz=tanθ≈θ≈θ*/n(r)，由这个近似关系 和对式(2.10)微分得到
θ*=-An(r)risin(Az)+θ0 cos(Az)
(2.12b)
取n(r)≈n(0)，由式(2.12)得到光线轨迹的普遍公式为
•当θ=θc时，相应的光线将以ψc入射到交界面，并沿交界面向前传播(折射角 为90°)， 如光线2，
•当θ>θc时，相应的光线将在交界面折射进入包层并逐渐消失，如光线3。 由此可见，只有在半锥角为θ≤θc的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。
光电子技术——光纤与光纤技术简介ppt课件
人均光纤拥有量，正成为判断一个国家信息化程度的标志
1999年
人均敷设光纤
4.5 米
人均敷设光纤
80 米
至 1999 年底
中国人均光纤拥有量 20 米 美国人均光纤拥有量300 米
精选PPT课件
48
速率
100G 10G 1G
100M 10M
单信道传输速率向40G更高发展
Short Wave
DFB Long Wave
光纤中能够传导的模式是由光纤结构参数所决 定的。外界激励只能激励起光纤中允许存在的模式 而不会改变模式的固有性质。
精选PPT课件
7
1. 光 纤 简 介
•单模与多模光纤
单模光纤
精选PPT课件
阶跃型多模
8
1. 光 纤 简 介
•光纤几何尺寸
★ 芯径
单模光纤： <10um; 多模光纤： 50um/62.5um
MQW External Mod.
WDM
W32 '98 W16 '97
W8
10G
FA-10G
'96
'92
'95 s-in
F-32M '78
‘80
F-100M '78
实验室设备
F-1.6G '85
F-400M '82
C-140M '81
C-565M '86
90M '80
45M '78
D-405M '83
G.652
G.655
精选PPT课件
多模
11
1. 光 纤 简 介
•光纤通信原理
光纤通信采用数字通信原理。
1999年
人均敷设光纤
4.5 米
人均敷设光纤
80 米
至 1999 年底
中国人均光纤拥有量 20 米 美国人均光纤拥有量300 米
精选PPT课件
48
速率
100G 10G 1G
100M 10M
单信道传输速率向40G更高发展
Short Wave
DFB Long Wave
光纤中能够传导的模式是由光纤结构参数所决 定的。外界激励只能激励起光纤中允许存在的模式 而不会改变模式的固有性质。
精选PPT课件
7
1. 光 纤 简 介
•单模与多模光纤
单模光纤
精选PPT课件
阶跃型多模
8
1. 光 纤 简 介
•光纤几何尺寸
★ 芯径
单模光纤： <10um; 多模光纤： 50um/62.5um
MQW External Mod.
WDM
W32 '98 W16 '97
W8
10G
FA-10G
'96
'92
'95 s-in
F-32M '78
‘80
F-100M '78
实验室设备
F-1.6G '85
F-400M '82
C-140M '81
C-565M '86
90M '80
45M '78
D-405M '83
G.652
G.655
精选PPT课件
多模
11
1. 光 纤 简 介
•光纤通信原理
光纤通信采用数字通信原理。
光纤及光纤接口知识PPT课件
既然我们知道了凡是公司使用光纤都需要使用光猫对输入来的光纤中光信号进行 转换，通过光猫转换后的信号已经是电信号了。我们通过光猫后头的RJ45以太网接口 连接路由交换设备即可，当然直接连接计算机也是没有任何问题的。在接入光纤连到 光猫的同时，还需要ISP也使用一个光猫连接到同一条光纤上，这也是为什么光猫都是 成对卖的原因。一个用于发送信号，另一个用于接收信号。
第7页/共25页
插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其主要尺寸如下： 外径 Ф2.499±0.0005mm 外径不圆度 ＜0.0005mm 微孔直径 Ф126±0.5μm 微孔偏心量 ＜1μm 微孔深度 4mm 或 10mm 插针外圆柱体光洁度 ▽14 端面曲率半径 20-60mm
插针的材料有不锈钢、全陶瓷、玻璃和塑料几种。现在市场上用得最多 的是陶瓷，陶瓷材料具有极好的温度稳定性，耐磨性和抗腐蚀能力，但价 格也较贵。塑料插头价格便宜，但不耐用。
回波损耗（Return Loss, Reflection Loss）是指连接器对链路光功率反 射的抑制能力，其典型值应不小于25dB。实际应用的连接器，插针表面 经过了专门的抛光处理，可以使回波损耗更大，一般不低于45dB。
（2）互换性、重复性 光纤连接器是通用的无源器件，对于同一类型的光纤连接器，一般
第9页/共25页
光纤的各种接头如下图所示：
FC connector
SC connector
LC connector
ST connector
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。
• 连接器是SC
• （2）何为SFP？ SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的缩写，可以简 单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块体积比GBIC 模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以 上的端口数量。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。 有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINIGBIC）。 目前已经成为主流的光纤模块，速率主要 为155M，100M，GE，2.5G
第7页/共25页
插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其主要尺寸如下： 外径 Ф2.499±0.0005mm 外径不圆度 ＜0.0005mm 微孔直径 Ф126±0.5μm 微孔偏心量 ＜1μm 微孔深度 4mm 或 10mm 插针外圆柱体光洁度 ▽14 端面曲率半径 20-60mm
插针的材料有不锈钢、全陶瓷、玻璃和塑料几种。现在市场上用得最多 的是陶瓷，陶瓷材料具有极好的温度稳定性，耐磨性和抗腐蚀能力，但价 格也较贵。塑料插头价格便宜，但不耐用。
回波损耗（Return Loss, Reflection Loss）是指连接器对链路光功率反 射的抑制能力，其典型值应不小于25dB。实际应用的连接器，插针表面 经过了专门的抛光处理，可以使回波损耗更大，一般不低于45dB。
（2）互换性、重复性 光纤连接器是通用的无源器件，对于同一类型的光纤连接器，一般
第9页/共25页
光纤的各种接头如下图所示：
FC connector
SC connector
LC connector
ST connector
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。
• 连接器是SC
• （2）何为SFP？ SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的缩写，可以简 单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块体积比GBIC 模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以 上的端口数量。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。 有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINIGBIC）。 目前已经成为主流的光纤模块，速率主要 为155M，100M，GE，2.5G
《光纤基本知识》课件
光纤包装：将光纤进行包装， 便于运输和存储
光纤应用：光纤广泛应用于 通信、医疗、军事等领域
ห้องสมุดไป่ตู้纤的主要成分 是二氧化硅
光纤的制造过程 包括熔融、拉丝、 涂覆等步骤
光纤的直径非常 小，通常在125 微米左右
光纤的传输速度非 常快，可以达到每 秒钟数十万公里以 上
折射率： 决定光纤 的传输性 能
色散：影 响光纤的 传输距离 和带宽
光纤熔接：将两根光纤熔接在一起，形成永久性连接
光纤冷接：使用冷接子将两根光纤连接在一起，无需熔接 光纤适配器：用于连接不同类型光纤的接头，如SC-FC、ST-
LC等 光纤耦合器：用于连接多根光纤的接头，如1x2、2x4等 光纤测试仪：用于测试光纤的连接质量，如光功率、光损耗等
光功率测试：测量 光纤的传输功率
光纤的非线性 效应主要包括： 自相位调制、 交叉相位调制、
四波混频等
非线性效应对 光纤传输的影 响：产生非线 性失真、降低
传输质量
非线性效应的 解决方法：采 用非线性补偿 技术、优化光
纤设计等
非线性效应的 应用：非线性 光纤传感器、 非线性光纤通
信等
光纤连接器：用于连接光纤的接头，如SC、FC、ST等
PPT,a click to unlimited possibilities
汇报人：PPT
01
02
03
04
05
06
光纤是一种由玻璃或塑料制成的细丝，用于传输光信号。 光纤具有高带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。 光纤分为单模光纤和多模光纤，单模光纤的传输距离更远，多模光纤的传输距离较短。 光纤的应用广泛，包括电信、互联网、广播电视等领域。
1870年，英国物理学 家John Tyndall首次提 出光纤传输光的概念
光纤课件ppt
光纤课件
目 录
• 光纤基础知识 • 光纤通信系统 • 光纤网络 • 光纤传感技术 • 光纤在医疗领域的应用 • 未来展望
01
光纤基础知识
光的本质与传播
01
02
03
光的波动性
光在传播过程中表现出波 动性质，如干涉、衍射等 。
光的粒子性
光同时具有粒子性质，光 子是光的能量单位，具有 动量和能量。
光的传播速度
低损耗
光纤传输损耗较低，可实现长 距离传输。
带宽大
光纤传输带宽较大，可同时传 输多种信号。
抗干扰能力强
光纤传输不受电磁干扰影响， 具有较高的保密性和稳定性。
温度稳定性好
光纤材料具有较好的温度稳定 性，可在不同环境下稳定传输
。
02
光纤通信系统
光源与光调制
光源
激光器（LD）和发光二极管（ LED）是光纤通信中常用的光源 。它们能够产生单色光，具有较 高的频率和较窄的光谱线宽。
光调制
光调制是将信息转换为光信号的 过程。常见的光调制方式包括开 关键控（OOK）、脉冲位置调制 （PPM）和相位调制（PSK）等 。
光纤的连接与耦合
光纤连接器
光纤连接器是用来连接两根光纤的器 件，常见的光纤连接器有SC、FC、 LC和ST等类型。
光纤耦合器
光纤耦合器是将多根光纤连接在一起 ，实现光信号的分路、合路和传输的 器件。常见的光纤耦合器有1x2、1x4 、1x8等类型。
新工艺
随着纳米技术的发展，光纤制造中的 纳米光刻、化学气相沉积等新工艺逐 渐应用于光纤预制棒的生产，这些新 工艺能够提高光纤的制造精度和降低 生产成本。
光纤通信技术的发展趋势
01
超高速率
随着数据传输需求的增长，光纤通信系统的传输速率不断提高，未来的
目 录
• 光纤基础知识 • 光纤通信系统 • 光纤网络 • 光纤传感技术 • 光纤在医疗领域的应用 • 未来展望
01
光纤基础知识
光的本质与传播
01
02
03
光的波动性
光在传播过程中表现出波 动性质，如干涉、衍射等 。
光的粒子性
光同时具有粒子性质，光 子是光的能量单位，具有 动量和能量。
光的传播速度
低损耗
光纤传输损耗较低，可实现长 距离传输。
带宽大
光纤传输带宽较大，可同时传 输多种信号。
抗干扰能力强
光纤传输不受电磁干扰影响， 具有较高的保密性和稳定性。
温度稳定性好
光纤材料具有较好的温度稳定 性，可在不同环境下稳定传输
。
02
光纤通信系统
光源与光调制
光源
激光器（LD）和发光二极管（ LED）是光纤通信中常用的光源 。它们能够产生单色光，具有较 高的频率和较窄的光谱线宽。
光调制
光调制是将信息转换为光信号的 过程。常见的光调制方式包括开 关键控（OOK）、脉冲位置调制 （PPM）和相位调制（PSK）等 。
光纤的连接与耦合
光纤连接器
光纤连接器是用来连接两根光纤的器 件，常见的光纤连接器有SC、FC、 LC和ST等类型。
光纤耦合器
光纤耦合器是将多根光纤连接在一起 ，实现光信号的分路、合路和传输的 器件。常见的光纤耦合器有1x2、1x4 、1x8等类型。
新工艺
随着纳米技术的发展，光纤制造中的 纳米光刻、化学气相沉积等新工艺逐 渐应用于光纤预制棒的生产，这些新 工艺能够提高光纤的制造精度和降低 生产成本。
光纤通信技术的发展趋势
01
超高速率
随着数据传输需求的增长，光纤通信系统的传输速率不断提高，未来的
相关主题
- 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)。
6 5 43 2 1
第一窗口
C 波段
1525~1565nm
第二窗口
0。4
第三窗口
0。2
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.31.57 1.62
波长——λ（μm）1.4 1.5
L波段
普通单模光纤的衰减随波长变化示意图
5.2 光 纤
• 光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯完成
光信号的传输，包层是为了将光信号封闭在纤 芯中并保护纤芯。纤芯和包层的折射率不同，
光纤
光纤通信作为现代通信的主要支柱，是 信息社会中各种信息网的主要传输工具。
对于光纤通信技术，本章重点介绍以下 几个问题：光纤通信的基本概念、光纤通信 系统的基本组成，光纤和光缆、光纤通信中 的光源和光电检测器、光端机以及光纤通信 系统，对光放大器作一简单介绍。
5.1.1
探索时期的光通信
• 原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警， 欧洲人用旗语传送信息。
• 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载 波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光 通信的雏型。
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台 红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。激光 器的发明和应用， 使沉睡了80年的光通信进入一 个崭新的阶段。
• 在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激 光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。
电 发 射 机
电信号
输入
基本光纤传输系统
光
发
光纤线路
射
机
光信号
光信号
输出
输入
接收
光 接 收 机
电 接 收 机
信 息 宿
电信号
输出
光中继器：光－电（电信号放大）－光变 换；
• 把电－光转换：叫做电信号对光的调
制
• 强度是指单位面积上的光功率。
• 强度调制就是在发送端用电信号通过
调制器控制光源的发光强度，使光强 随着信号电流线性变化，从而将电信 号转变成相应的已调光信号送入光纤 进行传输。－常用的电信号对光的调 制方法
设纤芯、包层的折射率分别为n1、n2,则 n1>n2。
一、 光纤的结构
目前通信用的光纤大多采用石英玻璃(SiO２) 制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂 覆和套塑时称为裸光纤，如图所示。
光纤与光缆
指明通过“原材料的提纯制造出适合于 长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方 向
1970年，光纤研制取得了重大突破 •1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。 把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。
•1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 •1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年 降低到1.1dB/km。 • 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长 1.2μm)。 • 在以后的 10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通信的研究曾一度走入了 低潮。
5.1.2 现代光纤通信
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和 霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质 新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber) 进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代 光通信——光纤通信的基础。
• 第三阶段(1986~1996年)，这是以超 大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研 究的时期。
• 光纤通信是以光波为载频、光导纤维（简
称光纤）为传输媒质的一种通信方式。
光纤通信的优点和应用
通信系统的传输容量取决于对载波调制的频 带宽度。 光通信的主要特点
载波频率高；频带宽度宽 光通信利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长 范围内获得很小的损耗。
传 输 损 /耗(dB·km － 1)
10 00
10 0 10
标38准mm同海轴底同轴
1
51 mm波导器
光纤
0.1 10 M 100 M 1 G
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T
频率/H z
(注) M： 106 G： 109
T：
1012
图 各种传输线路的损耗特性
光纤通信的优点 • 容许频带很宽，传输容量很大 • 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
• 重量轻、 体积小 • 抗电磁干扰性能好 • 泄漏小， • 节约金属用
光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信 号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网， 以及在其它数据传输系统中， 都得到了广泛应 用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速， 是当前研究开发应用的主要目标。
1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基 础研究到商业应用的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提 高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推 广应用的大发展时期。
光纤通信的工作窗口
– 光纤的损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗
特性，光纤通信选用的波长范围在 0.8～1.8μm， 并称0.8～1.0μm为短波长波段，1.0～1.8μm为
长波长波段。
– 目前光纤通信实用的波长即短波长段的 0.85μm、长波长波段的1.31μm和 1.55μm，通常称其为是目前光纤通信的三
SDH 骨干网
SDH 汇聚网 PDH 网络
光纤通信系统的基本组成
下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发 射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。 p83
光端机的发送端：有光源，如激光器，把 电信号变成光信号，输入光纤传输；*
光端机的接收端：有光检测器，把光纤过 来的光信号还原成电信号；*
发射
信 息 源
光纤通信的各种应用可概括如下： ① 通信网
② 构成因特网的计算机局域网和广域网
③ 有线电视网的干线和分配网
④ 综合业务光纤接入网
中国电信光缆、微波和卫星的立体传送网
国际长途 传输
卫星 通信
海底光缆 通信
微波通信
国内长途 传输
本地传输
陆地光缆 通信
国际长途传输节点 国内长途传输节点
本地传输骨干节点 本地传输汇聚节点