光纤传输技术课件

带状式 把带状光纤单元放入大套管内， 形成中心束管式 结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或 松套管内， 形成骨架式或层绞式结构。带状式缆 芯有利于制造容纳几百根光纤的高密度光缆，这 种光缆已广泛应用于接入网。
光纤 塑料
带状线 外护层 金属加强件 塑料绕包带 带状光纤单元
2、光纤的优点
光纤 损耗低 信息容量大 电线 损耗大 信息容量小
二、色散的种类 • 模式色散、模间色散、色度色散、 材料色散、模内色散、波导色散、 偏振模色散
单模光纤的发展与演变
• 最早实用化的是常规单模光纤SMF(G.652光纤)，零色 散波长在1310nm，曾大量敷设，在光纤通信中扮演者 重要的角色。 • 对光纤损耗机理的研究表明，光纤在1550nm窗口损耗 更低，可以低于0.2dB/km，几乎接近光纤本征损耗的 极限。如果零色散移到1550nm，则可以实现零色散和 最低损耗传输的性能，为此，人们研制了色散位移光 纤DSF(G.653光纤)。设计思路是通过结构和尺寸的适 当选择来加大波导色散，使零色散波长从1310nm移到 1550nm。
入射端 光纤 吸收
不均匀性
弯曲
连接
输出端
与元件的 耦合损耗
吸 收 损 耗
弯曲引起的 散 辐射损耗 射 损 耗 图1 光纤传输损耗的原因和种类
连 接 损 耗
与元件的 耦合损耗
分贝单位
• 利用下面的一般定义，可将 任意比率R转化为分 贝单位： R=Pout/Pin (功率比） R’（in dB）=10lgR（功率增益） R=1,R’=0; R<1, R’<0。 例：1mw的信号经过100km的光纤传输后降至1μ w,则 光功率衰减多少分贝？损耗系数是多少？ • R=Pout/Pin R’＝－30dB， α ＝－0.3dB/km • *10km的光纤衰减？
珀斯
第二部分 光纤分类
• 光纤的分类 • 光纤材料
2.1 光纤的分类
一、按照光纤横截面折射率分布不同来划 分
• 阶跃折射率分布光纤(Step-Index Optical Fiber， SIOF)
– 纤芯折射率n1沿半径方向保持一定，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 称为均匀光纤。
• 若所有器件的光损耗都用分贝表示,则发射或接收功率P也 用分贝量度就非常有用.定义: P’(in dBm)=10lg(P/1mw) 1mw作为参考功率. 例：当P=1mw时 P’= 10lg(1mw/1mw)=0dBw 当P=10mw时 P’= 10lg(10mw/1mw)=10dBw 当P=100mw时 P’= ？dBw • 通过改变参考功率值,还可以引入其他表示光功率的分贝 单位,如dBμ,dBw.
三、 按光纤的工作波长分类
• 短波长光纤（0.8～0.9μm ）
• 长波长光纤（1.0～1.7μm ） • 超长波长光纤。（2~5μm ）
在光纤工业发展早期，光纤的传输窗口主要有两 个（0.85和1.31微米），后来有了第三个传输窗 口（1.55微米）。在技术得到发展的今天，在波 长1.26至1.68微米范围内，光纤可以传输的窗口 有6个（表1）。利用波分复用（WDM）技术， 每个窗口（波段）可同时传输多个信道。
一、什么是光纤的色散？

• 色散是光纤的一个重要的传输特性，指的是光 信号沿着光纤传输过程中，由于不同成份的光 的时间延迟不同而产生的一种物理效应。 • 光纤中传送的信号是由不同的频率成分和不同 的模式成分构成的，它们有不同的传播速度， 将会引起脉冲波形的形状发生变化。 • 也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，也 就是光脉冲在光纤中传输，随着传输距离的加 大，脉冲波形在时间上发生了展宽，这种现象 称为光纤的色散。
光纤损耗谱特性
2.5 第一传输窗口
OH离子吸收峰
损 耗 (dB/km)
第二传输窗口
在1.55m 处最小损 耗约为 0.2dB/km 第三传输窗口
瑞利散射
红外吸收
0.2
850
紫外吸收
1300 1550
波 长 (nm)
损耗主要机理：材料吸收、瑞利散射和辐射损耗
3.2 光纤的色散与带宽
• • • • • 色散的概念 色散的种类 色散的描述 几种光纤中的色散 脉冲展宽与带宽
第四部分 光纤无源器件
• 光纤器件可分为无源和有源两大类。 • 两者的主要区别在于，器件在实现本身功 能的过程中，其内部是否发生光电能量转 换。 • 若发生光电能量转换，则称其为有源光器 件，主要有（半导体）光源、光放大器和 光电检测器。 • 若未发生光电能量转换，即使也需要一些 电信号的介入，也称为无源光器件。
2、从光纤的应用看
• 光纤在通信中的应用
范围： 公用通信（全国性宽带综合业务数字网、省内
中距线路、市内局间线路和用户网、 乡村线路以及沿海岛屿间的线路等）
专用通信（各企业、工矿、机关、学校等大、中
型单位内部专用的局域网、电力线通 信线路、铁道线通信线路、交通管理 监控线路、电视台发射传输线路等 ）
第一部分 概述
• 什么是光纤？ • 什么是光纤技术？ • 为什么要学习《光纤技术基础》？
一、什么是光纤？
光纤是“光导纤维”的简称，是指能够约束并导引光波在 其内部或表面附近沿轴线方向传播的传输介质．通常以其截面 形状分为平板波导、矩形波导．园柱形波导等等．
1、基本结构
折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n1，直径为2a； 折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n2，直径为2b。
三、光纤耦合器的结构
棱镜式定向耦合器：采用分立光学元件（如棒透镜、反射镜、棱镜等）
光无源器件的功能
• 光无源器件是要消耗光信号的一定能量 而实现光信号的连接、能量分路／合路、 波长复用／解复用、光路转换、能量衰 减、反向阻隔等功能的器件。 • 光纤无源器件是具有上述一种功能的元 器件的总称。
光无源器件的分类
• • • • • 自聚焦透镜 光纤定向耦合器 光隔离器与光环行器 光纤光栅 光纤连接器
• 渐变折射率分布光纤(Graded-Index Optical Fiber，GIOF)
– 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。
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图1.1 光纤的折射率分布
二、按照纤芯中传输模式的多少来划分
• 单模光纤(Single Mode Fiber，SMF) – 光纤中只传输一种模式时，叫做单模光纤。 – 单模光纤的纤芯直径较小，约为4～10μm。 – 适用于大容量、长距离的光纤通信。 • 多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) – 在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种 模式的介质波导。 – 多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可以采 用渐变折射率分布。 – 多模光纤的纤芯直径不等，但基本都大于单模 光纤（50~62.5μm ）。
• 这样,光通过所有器件的 总损耗(dB)=损耗1(dB)+损耗2(dB)+损耗3(dB)+… • 通过一段光纤的总损耗(dB)=α(dB/km)×长度(km)
光纤的损耗特性
• 光纤损耗的大小与波长有密切的关系。 • 损耗与波长的关系曲线叫做光纤的损耗谱。 • 在谱线上，损耗值较高的地方叫做光纤的吸收 峰。 • 较低的损耗所对应的波长叫做光纤的工作波长 （或叫工作窗口）。 • 光纤通信常用的工作窗口主要有三个： 850nm， 1310nm， 1550nm
4.1 自聚焦透镜
一、自聚焦透镜的特点
• 传统透镜是通过控制透镜表面的曲率，利用产生的光程 差使光线汇聚成一点。 • 自聚焦透镜：利用折射率渐变使光线偏折，端面准直、 耦合成像特性，小巧可微型化，便于加工，可以弯曲传 像、具有独特的成像特性。
二、几种重要的自聚焦透镜及其 应用
• 1.聚焦
• 对于1/4节距的自聚焦透镜，当从一端面输入一 束平行光时，经过自聚焦透镜后光线会汇聚在 另一端面上。这种端面聚焦的功能是传统曲面 透镜所无法实现的。
4.2 光纤定向耦合器
• • • • 光纤耦合器的作用 光纤耦合器的分类 光纤耦合器的结构 光纤耦合器的制作方法和耦合 机理 • 光纤耦合器的性能参数
一、光耦合器的作用
• 在光纤通信系统或光纤测试中，经常遇到 需要从光纤的主传输信道中取出一部分光 作为监测、控制等使用，有时也需要把两 个不同方向来的光信号合起来送入一根光 纤中传输。这都需要光纤耦合器来完成。 • 光耦合器是将光信号进行分路或合路、插 入及分配的一种器件。
光 纤 传 输 技 术
主 讲 ： 陈 厚 新
本章主要内容
• • • • • • • 光纤传输技术概述 光纤的种类 光纤的传输理论、传输特性、性能参数 光无源器件 光有源器件 光纤的应用 光纤设备的使用和维护
教学目标
• 了解光通信技术的基本原理和过程，掌 握光设备的使用，连接和测量方法以及 基本故障检修。
二、光纤耦合器的分类
• 按结构大致可分为：分立光学元件组合型、全光 纤型、平面波导型等。 • 按端口形式可分为：X型（2×2）、Y型 （1×2）、星型（N×N）和树型（1×N,N>2） 耦合器。 • 按光纤型号可分为：多模耦合器和单模耦合器。 • 按工作带宽可分为：单工作窗口的窄带耦合器、 单工作窗口的宽带耦合器和双工作窗口的宽带耦 合器。 • 按功能可分为：光功率分配耦合器和光波长分配 耦合器。
• 准直：准直是聚焦功能的可逆应用
• 两个自聚焦透镜组合，分别用做准直和聚焦，这 样我们可在两个自聚焦透镜之间加入多种光学器 件，例如：滤波片、偏振片、法拉第旋光器等等， 来构成多种光学无源器件。
• 2、耦合：由于自聚焦透镜可以通过端面完成聚焦功能，加 之其简单的圆柱外型，使得它在进行光能量连接及转换中有 着很广泛的用途。例如:光纤和光源、光纤和光电探测器以 及光纤和光纤之间的耦合等等。 •