第六章光纤通信.pptx
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媒质，以光信号为信息载 体的通信方式。
探讨
6.1.1光纤通信的发展
1880年，美国科学家贝尔发明光电话 ，标志着光通信的起 源。 1960年，美国人梅曼发明第一台红宝石激光器 。 1966年，“光纤之父”——高锟博士首次提出光纤通信的 想法，这是光纤通信发展的里程碑。 1970年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB/km的光 纤，光纤通信从此进入飞速发展。 1977年，芝加哥第一条45Mbit/s的商用线路。 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s以及速 率为100 Mbit/s的光纤通信系统的试验。 1980 年，140Mbit/s光纤通信系统投入商业应用。 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
第六章 光纤通信
本章内容：
– 光纤通信概述 – 光纤与光缆 – SDH传输网 – 波分复用技术 – 全光网络
本章学习目的及要求
– 掌握光纤通信的特点 – 掌握光纤和光缆的结构、种类 – 理解SDH的特点和帧结构 – 了解光纤线路码型、DWDM和全光网络
6.1 光纤通信概述
光信号可以用于传输信息吗？ 光通信具有光纤什通么信样是的以特光点纤？为传输
1．光的反射和折射
当光射线射到两种介质交界面时，将发生 反射和折射。
入 射
θ1
θ3
反射
n1
n2
n1＞n2
θ2
折
射
光的全反射
– 当光从光密物质（折射率大的物质）入射进 光疏物质（折射率小大的物质）时。
– 当入射角大于临界角。
归纳思考
光射到两种介质交界面时，将发生反射和折射。
当光从光密物质照射到光疏物质时，且入射角θ １满足 θc＜θ１＜90°时，会发生全反射现象。
来自百度文库
– 通信用的单模光纤纤芯为4-10μm，多模光纤纤芯直 径为50~85μm，不管单模光纤还是多模光纤，包层 的直径均为125μm。
n
n
2
1
设纤芯和包层的折射率分别为n1和 n2，光 在光纤中传输的必要条件是n1＞n2。
相对折射指数差（Δ）
Δ n12 n2 2 2n12
Δ n1 n2 n1
当n１与n２的差别极小时，这种光纤称为弱 导波光纤。
目前研究中的商用速率为数十Tbit/s。
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
从光纤的损耗看光纤通信的发展
– 1970年是20dB/km – 1972年是4dB/km – 1974年是1.1dB/km – 1976年是0.5dB/km – 1979年是0.2dB/km – 1990年是0.14 dB/km，已经接近石英光纤的理
Δ越大，光纤把光耦合入纤芯的能力越强。
由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不 受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面 指经过两次涂覆。
裸光纤：由纤芯和包层组成。
光纤芯线：经过涂敷的裸光纤。
归纳思考
光纤的结构包括纤芯、包层和涂敷层。 通常见到的光纤均为涂敷后的光纤芯线。
2．光纤的分类
（1）按照光纤的制造材料分类
论损耗极限值0.1dB/km。
6.1.2光纤通信的工作波长
光波是电磁波的一种，其波长在微米级，频率为1014Hz～ 1015Hz数量级。 目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为 0.8~1.8μm。 光纤通信使用的三个工作窗口
– 0.85μm、1.31μm、1.55μm。
6.1.3 光纤通信的特点
– 按照光纤的制造材料的不同，光纤可分为玻璃（石英）光纤和塑 料光纤。
（2）按照光纤的传输模式分类
– 根据光纤传输模式的数量，光纤可分为多模光纤（MMF）和单模 光纤（SMF）。
（3）按照光纤的折射率分布分类
– 按照光纤剖面折射率分布的不同，光纤可分为突变型光纤（SIF） 和渐变型光纤（GIF）。
（4）按照ITU-T建议的分类
6.2.1 光纤的结构与分类 6.2.2 光纤的导光原理 6.2.3 单模传输条件 6.2.4 光纤的传输特性 6.2.5 光缆
6.2.1 光纤的结构与分类
1．光纤的结构
– 光纤是由中心的纤芯和外面的包层构成的，一般为 双层或多层的同心圆柱体，为轴对称结构。
– 纤芯位于光纤中心，作用是传输光波。包层位于纤 芯外层，作用是将光波限制在纤芯中，同时还起到 一定的机械保护作用。
W型光纤（双包层光纤）
– 在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层， 使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。
6.2.2 光纤的导光原理
分析光纤的导光原理，一般可采用两种方 法：一种是波动理论法，另一是射线法。
– 波动理论法是根据电磁场理论，分析其传输 特性。
– 光可用一条表示光的传播方向的几何线来表 示，这条几何线就称为光射线。用光射线来 研究光波传输特性的方法，称为射线法。
– 按照ITU-T关于光纤的建议，光纤分为G.651光纤（渐变多模光纤）、 G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、 G.654光纤（性能最佳单模光纤）、G.655光纤（非零色散位移单模 光纤）。
阶跃型光纤（SIF）
– 纤芯折射率呈均匀分布。
渐变型光纤（GIF）
– 纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光 纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的 界面上降至包层折射率n2。
由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光 缆通信系统于1988年建成。 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989 年建成。
1990年，565Mbit/s的光纤通信系统进入商用化阶段。 1993年，速率622Mbit/s以下SDH产品开始商用化。 1995年，速率2.5G bit/s的SDH产品开始商用化。 1996年，10G bit/s的SDH产品开始商用化。 1997年，20G bit/s和40G bit/s的产品试验取得巨大发展。 2005年3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通， 是至今世界容量最大的实用线路。
优点
– （1）传输频带宽，通信容量大 – （2）传输衰减小，中继距离长 – （3）抗电磁干扰，传输质量好 – （4）体积小、重量轻、便于施工 – （5）原材料丰富，节约有色金属，有利于环保
缺点
– 光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续需要一 定的工具设备和技术，光缆的弯曲半径不能过小等等。
6.2 光纤与光缆
探讨
6.1.1光纤通信的发展
1880年，美国科学家贝尔发明光电话 ，标志着光通信的起 源。 1960年，美国人梅曼发明第一台红宝石激光器 。 1966年，“光纤之父”——高锟博士首次提出光纤通信的 想法，这是光纤通信发展的里程碑。 1970年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB/km的光 纤，光纤通信从此进入飞速发展。 1977年，芝加哥第一条45Mbit/s的商用线路。 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s以及速 率为100 Mbit/s的光纤通信系统的试验。 1980 年，140Mbit/s光纤通信系统投入商业应用。 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
第六章 光纤通信
本章内容：
– 光纤通信概述 – 光纤与光缆 – SDH传输网 – 波分复用技术 – 全光网络
本章学习目的及要求
– 掌握光纤通信的特点 – 掌握光纤和光缆的结构、种类 – 理解SDH的特点和帧结构 – 了解光纤线路码型、DWDM和全光网络
6.1 光纤通信概述
光信号可以用于传输信息吗？ 光通信具有光纤什通么信样是的以特光点纤？为传输
1．光的反射和折射
当光射线射到两种介质交界面时，将发生 反射和折射。
入 射
θ1
θ3
反射
n1
n2
n1＞n2
θ2
折
射
光的全反射
– 当光从光密物质（折射率大的物质）入射进 光疏物质（折射率小大的物质）时。
– 当入射角大于临界角。
归纳思考
光射到两种介质交界面时，将发生反射和折射。
当光从光密物质照射到光疏物质时，且入射角θ １满足 θc＜θ１＜90°时，会发生全反射现象。
来自百度文库
– 通信用的单模光纤纤芯为4-10μm，多模光纤纤芯直 径为50~85μm，不管单模光纤还是多模光纤，包层 的直径均为125μm。
n
n
2
1
设纤芯和包层的折射率分别为n1和 n2，光 在光纤中传输的必要条件是n1＞n2。
相对折射指数差（Δ）
Δ n12 n2 2 2n12
Δ n1 n2 n1
当n１与n２的差别极小时，这种光纤称为弱 导波光纤。
目前研究中的商用速率为数十Tbit/s。
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
从光纤的损耗看光纤通信的发展
– 1970年是20dB/km – 1972年是4dB/km – 1974年是1.1dB/km – 1976年是0.5dB/km – 1979年是0.2dB/km – 1990年是0.14 dB/km，已经接近石英光纤的理
Δ越大，光纤把光耦合入纤芯的能力越强。
由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不 受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面 指经过两次涂覆。
裸光纤：由纤芯和包层组成。
光纤芯线：经过涂敷的裸光纤。
归纳思考
光纤的结构包括纤芯、包层和涂敷层。 通常见到的光纤均为涂敷后的光纤芯线。
2．光纤的分类
（1）按照光纤的制造材料分类
论损耗极限值0.1dB/km。
6.1.2光纤通信的工作波长
光波是电磁波的一种，其波长在微米级，频率为1014Hz～ 1015Hz数量级。 目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为 0.8~1.8μm。 光纤通信使用的三个工作窗口
– 0.85μm、1.31μm、1.55μm。
6.1.3 光纤通信的特点
– 按照光纤的制造材料的不同，光纤可分为玻璃（石英）光纤和塑 料光纤。
（2）按照光纤的传输模式分类
– 根据光纤传输模式的数量，光纤可分为多模光纤（MMF）和单模 光纤（SMF）。
（3）按照光纤的折射率分布分类
– 按照光纤剖面折射率分布的不同，光纤可分为突变型光纤（SIF） 和渐变型光纤（GIF）。
（4）按照ITU-T建议的分类
6.2.1 光纤的结构与分类 6.2.2 光纤的导光原理 6.2.3 单模传输条件 6.2.4 光纤的传输特性 6.2.5 光缆
6.2.1 光纤的结构与分类
1．光纤的结构
– 光纤是由中心的纤芯和外面的包层构成的，一般为 双层或多层的同心圆柱体，为轴对称结构。
– 纤芯位于光纤中心，作用是传输光波。包层位于纤 芯外层，作用是将光波限制在纤芯中，同时还起到 一定的机械保护作用。
W型光纤（双包层光纤）
– 在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层， 使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。
6.2.2 光纤的导光原理
分析光纤的导光原理，一般可采用两种方 法：一种是波动理论法，另一是射线法。
– 波动理论法是根据电磁场理论，分析其传输 特性。
– 光可用一条表示光的传播方向的几何线来表 示，这条几何线就称为光射线。用光射线来 研究光波传输特性的方法，称为射线法。
– 按照ITU-T关于光纤的建议，光纤分为G.651光纤（渐变多模光纤）、 G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、 G.654光纤（性能最佳单模光纤）、G.655光纤（非零色散位移单模 光纤）。
阶跃型光纤（SIF）
– 纤芯折射率呈均匀分布。
渐变型光纤（GIF）
– 纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光 纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的 界面上降至包层折射率n2。
由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光 缆通信系统于1988年建成。 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989 年建成。
1990年，565Mbit/s的光纤通信系统进入商用化阶段。 1993年，速率622Mbit/s以下SDH产品开始商用化。 1995年，速率2.5G bit/s的SDH产品开始商用化。 1996年，10G bit/s的SDH产品开始商用化。 1997年，20G bit/s和40G bit/s的产品试验取得巨大发展。 2005年3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通， 是至今世界容量最大的实用线路。
优点
– （1）传输频带宽，通信容量大 – （2）传输衰减小，中继距离长 – （3）抗电磁干扰，传输质量好 – （4）体积小、重量轻、便于施工 – （5）原材料丰富，节约有色金属，有利于环保
缺点
– 光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续需要一 定的工具设备和技术，光缆的弯曲半径不能过小等等。
6.2 光纤与光缆