光纤传输基础知识

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常用光纤规格
光纤尺寸： 1、单模纤芯直径：9/125µm，10/125µm 2、包层外径（2D）＝125µm 3、一次涂敷外径＝250µm 4、尾纤：300µm 5、多模：50/125µm，欧洲标准 62.5/125µm，美国标准 6、工业，医疗和低速网络：100/140µm， 200/230µm 7、塑料：98/1000µm，用于汽车控制
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光纤的种类
按光在光纤中的传输模式可分为：多模（Multi-Mode） (简称：MM） 单模（Single-Mode）(简称：SM） 多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5µm），可传多种模式的光。 多模光纤 但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离 的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有 300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有 几公里。 单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10µm），只能传一种模 单模光纤 式的光。实际上是阶跃型光纤的种，只是纤芯径很小，理论上只允许单 一传播途径的直进光入射至光纤内，并在纤芯内作直线传播。光纤脉冲 几乎没有展宽。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色 散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即 谱宽要窄，稳定性要好。
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频段 划分 传 输 介 质
电力、 电力、电话
无线电、 无线电、电视
微波
红外
可见光
AM无线电 无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
卫星/微波 卫星 微波
光纤
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光纤接续的种类
光缆接续一般可分为两大类： 光缆接续一般可分为两大类： 光纤的固定接续（俗称死接头）。一般采用光纤熔接机； ）。一般采用光纤熔接机 一、光纤的固定接续（俗称死接头）。一般采用光纤熔接机； 用于光缆直接头。 用于光缆直接头。 光纤的活动接头（俗称活接头）。 ）。用能够拆卸的连接器 二、光纤的活动接头（俗称活接头）。用能够拆卸的连接器 连接（俗称活接头）。用于光纤跳线、 ）。用于光纤跳线 连接（俗称活接头）。用于光纤跳线、设备连接等地方 由于光纤端面的不完整性和光纤端面压力的不均匀性， 由于光纤端面的不完整性和光纤端面压力的不均匀性，一次 放电熔接光纤的接头损耗还比较大， 放电熔接光纤的接头损耗还比较大，现在采用二次放电熔接 先对光纤端面预热放电，给端面整形，去除灰尘和杂物， 法。先对光纤端面预热放电，给端面整形，去除灰尘和杂物， 同时通过预热使光纤端面压力均匀。 同时通过预热使光纤端面压力均匀。
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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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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。
n1 n2 n1 > n2
θ1
900 n1 n2
n1 n2
θ2
临界角
全反射
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光纤结构
光纤裸纤一般分为三层： 光纤裸纤一般分为三层： 第一层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为9-10µm,(单模） 单模） 第一层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为 单模 50或62.5（多模）。 或 （多模）。 第二层：中间为低折射率硅玻璃包层（ 第二层：中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为 125µm）。 ）。 第三层：最外是加强用的树脂涂层。 第三层：最外是加强用的树脂涂层。
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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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按最佳传输频率窗口
按最佳传输频率窗口:常规型单模光纤和色散位移型单 模光纤。 常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在 单一波长的光上，如1300nm。 色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳 化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。
光纤传输基础知识
线路中心 1月 8日
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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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光缆的接续与成端
光缆的接续与成端是光缆线路维护人员必须掌握的基本 技能。 光缆的接续技术分类： 一、光纤的接续技术和光缆的接续技术两部分。 二、光缆的成端类似光缆的接续，只不过由于接头材料 不同而操作该当也有所不同。
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突变型：光纤中心芯到玻璃途低速通讯，如：工控。 但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突 变型。 渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐 渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色 散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在 的多模光纤多为渐变型光纤。
纤芯
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包层
保护套
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光纤的结构 一、纤芯 core：折射率较高，用来传送光； 二、包层 coating：折射率较低，与纤芯一起 形成全反射条件； 三、保护套 jacket：强度大，能承受较大冲 击，保护光纤。 3mm光缆 橘色 MM 多模 黄色 SM 单模
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电磁波谱
1cm 1mm 100um 10um 1um
100nm 10nm 1nm λ波長 波長
10G 100G
1T 10T 100T 10^15 10^16 10^17
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光纤衰减
造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均 匀和对接等。 本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。 弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造 成的损耗。 挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的 损失。 不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴（单模光纤同 轴度要求小于0.8µm），端面与轴心不垂直，端面不平，对接 心径不匹配和熔接质量差等。
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光的基本知识
入 射
θ1
θ3
反射
n1 n2
θ2
空气 水
视觉位置 实际位置
n1<n2
折 射
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光的基本知识
临界角
入射角=反射角 入射角 反射角
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光通信的发展过程
雏形：古代烽火、手旗、灯光 雏形：古代烽火、手旗、
潜望镜原理——光波导之雏形 光波导之雏形 潜望镜原理
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光纤的尺寸
外径一般为125um(一根头发平均 一根头发平均100um) 外径一般为 一根头发平均 内径：单模 内径：单模9um 多模50/62.5um 多模
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9
125 50
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光缆的种类
1.按敷设方式分有：自承重架空光缆，管道光缆， 铠装地埋光缆和海底光缆。 2.按光缆结构分有：束管式光缆，层绞式光缆， 紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光 缆。 3.按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、 混合光缆和建筑物内用光缆。
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数值孔径
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在 某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤 的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有 利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同 （AT&TCORNING）。
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自由空间波长（ ） 自由空间波长（m）
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光的折射，反射和全反射
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种 物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折 射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而 变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会 消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同 的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质 有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角 度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。 反射率分布：表征光学材料的一个重要参数是折射率， 用N表示，真空中的光速C与材料中光速V之比就是材料的 折射率。妈N＝C/V 光纤通信用的石英玻璃的折射率约为1.5
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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通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz