光纤通信基本知识

10G 100G 1T 10T 100T 10^15 10^16 10^17
f (Hz)
红外线
1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm
紫外线
光通信使用范围
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光的基本知识
光是一种电磁波 可见光350nm—750nm 光纤通信所用的波长
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光纤系统基础知识
二、基本光纤系统方框图：
发送单元
传输单元
接收单元
信号
电E/光O转换
光发 射机
光源
光纤
中继器
光O/电E转换
光接 检测器 收机
信号
连接器件
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常用连接器类型
SC
LC
MT-RJ
DSC
VF-45
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Opti-Jack
常用连接器类型
FC Type
SC Type
SC2 Type
FDD Type
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常用连接器类型
BICONIC Type SMA 905 Type
D4 Type SMA 906 Type MINI BNC Type
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连接头端面类型
Ferrule + Flange
Insertion Loss(插入损耗) <0.3dB Return Loss(回波损耗)
800——1600nm 光的反射、折射 全反射
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光的基本知识
入 射
θ θ3 反射
1
n1
n2
θ2 折
射
n1<n2
空气 水
视觉位置
实际位置
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光的基本知识
n1 n2
n1 > n2
临界角
n1 n2
入射角=反射角
θ1 θ2
n1
900
n2
临界角
全反射
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光纤的结构
纤芯 包层
保护套
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光纤的损耗
➢ 1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km ➢ 1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km ➢ 850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km ➢ 光纤熔接点损耗：0.2dB/点 ➢ 光纤熔接点 1点/2km
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常见光纤名词
衰减：光在光纤中传输时的能量损耗 单模光纤 1310nm 0.4~0.6dB/km 1550nm 0.2~0.3dB/km 塑料多模光纤 300dB/km
模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的 光沿着不同的路径传输。
材料色散：不同波长的光行进速度不同。 波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传
输时，会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中， 通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重 要。
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光纤类型
G.652零色散点在1300nm左右 G.653零色散点在1550nm左右 G.654负色散光纤 G.655色散位移光纤 全波光纤
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光纤通信基础知识
(Fiber Handbook Technology Data)
作
者：王
勇
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光纤通信的优点
通信容量大 中继距离长 不受电磁干扰 资源丰富 光纤重量轻、体积小
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光通信发展简史
2000多年前 烽火台——灯光、旗语 1880年 光电话——无线光通信 1970年 光纤通信
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常见光纤名词
散射 由于光线的基本结构不完美，引起的光 能量损失，此时光的传输不再具有很好 的方向性。
光线
缺陷
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光纤系统基础知识
一、基本光纤系统的构架及其功能介绍：
1.发送单元：把电信号转换成光信号； 2.传输单元：载送光信号的介质； 3.接收单元：接收光信号并转换成电信号； 4.连接器件：连接光纤到光源、光检测以 及其它光纤。
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Leabharlann Baidu
光纤的衰减
(dB/km)
衰6 减5
4 3 2 1
第一窗口 OH-
第二窗口
OHOH-
水峰值 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 λ nm
光纤的衰减图
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常见光纤名词
色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行 进一段距离后造成的频宽变粗。它是限 制传输速率的主要因素。
常见光纤名词
输入 NA
输入 NA
低数值孔径NA 高数值孔径NA
输出 输出
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光纤的尺寸
外径一般为125um(一根头发平均100um) 内径：单模9um
多模50/62.5um
125 9
125 50
125 62.5
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光纤的分类
按材料分类：
玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输 距离长，成本高；
胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同 玻璃光纤差不多，成本较低；
塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输 距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及 短距的图像传输。
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光纤的分类
按照光纤的模式分类
单模（Single-Mode） 多模（Multi-Mode）
按折射率分类
阶越光纤 渐变折射率光纤
光纤的结构
纤芯 core：折射率较高，用来传送光；
包层 coating：折射率较低，与纤芯一 起形成全反射条件；
保护套 jacket：强度大，能承受较大 冲击，保护光纤。
3mm光缆
橘色
MM
黄色
SM
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常见光纤名词
数值孔径（Numeric Aperture）
NA=SIN θ
θ
接收锥
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光纤通信发展史
1966年“光纤之父”高锟博士首次提出 光纤通信的想法。
1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连 续工作的半导体激光器。
1970年康宁公司的卡普隆(Kapron) 之作 出损耗为20dB/km光纤。
1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。
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电磁波谱
1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm λ波長
PC>40dB SPC>45dB
UPC>50dB APC>60dB
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无源器件
耦合器（coupler）
主要功能再分配光信号 重要应用在光纤网络 尤其是应用在局域网 在波分复用器件上应用
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无源器件
耦合器（coupler）
基本结构 耦合器是双向无源器件 基本形式有树型、星型 ——与耦合器对应的有分路器（splitter）
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无源器件
耦合器
以图形表示
1
2
4
3
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无源器件
波分复用器 WDM—Wavelength Division Multiplexer 在一条光纤中传输多个光信号，这些光 信号频率不同，颜色不同。波分复用器 就是要把多个光信号耦合进同一根光纤 中；解波分复用器就是从一根光纤中把 多个光信号区分出来。