光纤通信基础

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
常用连接器类型
SC
LC
MT-RJ
DSC
VF-45
Opti-Jack
常用连接器类型
FC Type SC2 Type
SC Type FDD Type
UPC>50dB APC>60dB
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
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）
无源器件
λ1传送器 λ2传送器
λ1+ λ2
λ1+ λ2
λ1接收器 λ2接收器
发送单元
驱动器 光源
接收单元
输出电路
放大器 检测器
光放大器
光源 λ0 波分复用器 光放大器
λ1输入 （信号弱）
耦合器
监测 λ1
λ1输出 （信号强）
光纤数字通信
数字系统中脉冲的定义：
脉冲宽度
90% 50% 10%
上升时间
振幅
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
800——1600nm 光的反射、折射 全反射
光的基本知识
入
反射
射 θ1 θ3
θ2 折
射
n1 n2 n1<n2
空气 水
视觉位置
实际位置
光的基本知识
n1 n2
n1 > n2
临界角
n1 n2
入射角=反射角
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
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。
θ1 θ2
n1
900
n2
临界角
全反射
光纤的结构
纤芯 包层
保护套
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
常见光纤名词
数值孔径（Numeric Aperture）
常用连接器类型
BICONIC Type SMA 905 Type
D4 Type SMA 906 Type MINI BNC Type
连接头端面类型
Ferrule + Flange
Insertion Loss(插入损耗) <0.3dB Return Loss(回波损耗)
PC>40dB SPC>45dB
3. dBu = 10 log10 ( P / 1uw)
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
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。
工作时间。 6.消光比：1信号光功率于0信号光功率的比值。
光纤数字通信
光纤通信中常用单位的定义：
1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率
2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； example: –10dBm表示光功率等于100uw。
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。
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
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
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
耦合器
以图形表示
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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。
无源器件
波分复用器（图例）
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。
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
周期
下降时间
光纤数字通信
1.振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。 2.上升时间：脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要
的时间。
3.下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时 间。
4.脉冲宽度：脉冲在50%振幅位置的宽度，用时间表示。 5.周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的
NA=SIN θ
θ
接收锥
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
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
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；