《光纤与光缆》PPT课件.ppt

1,博雅力源,传输网络原理与技术,河南移动网络部,2,光纤与光缆,目 录,光同步数字传送体系(SDH),光器件,SDH网同步,SDH传送网,波分复用,光接入网技术,3,光纤与光缆,4,1、发展简史 1)里程碑 1966年高锟著名文章（PIEE）；2)导火线 1970年康宁公司的第一根低耗光纤；3)爆炸性发展A）光纤衰减：70年：20dB/km；72年：4dB/km；76年：0.5dB/km；79年：0.2dB/km；90年：0.14dB/km。B）系统：76年-45Mb/s；85年-多模系统；90年-单模系统；93年-SDH；98年-WDM（40G）；2000年-320G。,5,2、光纤通信优点1)容量巨大 理论上一根光纤的传输带宽达30THz。2)中继距离长 现已实现100公里无中继；若使用光放大器可实现640公里无中继传输。3)保密性能好 光在纤芯中传输，无泄露。4)适用能力强 不怕外界电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲性好。5)体积小、重量轻、便于施工与维护 直埋、架空、水下。,6,由纤芯、包层和保护层等构成。,1.结构,（1）纤芯：,石英，即SiO2，纤芯中掺杂折射率稍高的材料，如GeO2，P2O5折射率为n1，光波的传输通道。,纤芯,包层,保护层,（2）包层：,石英，SiO2,掺杂折射率稍低的材料，如B2O3、F折射率为n2，n2n1。作用：保持光纤传输性能的稳定；防止光纤间相互串光；构成全反射条件n2n1，且让很小；增强光纤的机械强度。,7,2.分类,按材料分：石英、多成分玻璃、全塑光纤等。,按折射率分布及导模数分：阶跃多模光纤、梯度多模光纤和单模光纤等。,（3）保护层：,保护、防侧压损坏、提高抗扩张强度，延长寿命,8,3.常用光纤规格：,单模：8/125m，9/125m，10/125m 多模：50/125m 欧洲标准，62.5/125m 美国标准 工业、医疗和低速网络：100/140m，200/230m 塑料：98/1000m 用于汽车控制。,9,1.光波在介质中的传输,光的反射定律：反射角等于入射角。光的折射定律：n1 sin1=n2 sin2,全反射时，临界角,10,2.光在阶跃光纤中的传播,纤芯（n1）,包层（n2）,n1n2,n0,如果光纤发生弯曲或形变会有什么结果？,想一想？如果光线路径不同会有什么结果？,此处亦有折射现象,11,最大接收角和数值孔径,最大接收角,数值孔径为,式中 为相对折射率差。,按“之”字形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过。,光在阶跃光纤中的传播路径,12,3.光在单模光纤中的传播,以平行于光纤轴线的形式以直线方式传播。,4.光在渐变光纤中的传播,以不同角度入射的光线族皆以正弦曲线轨迹在光纤中传播，且近似成聚焦状。,13,（一）光纤的传输衰减,1.本征吸收,指构成光纤的材料本身所固有的吸收作用。纯二氧化硅对光的吸收作用所引起的光纤衰减是比较小的。在600-900nm波长范围稍大，但小于1dB/km；而在1000-1800nm波长范围，几乎为零。,14,2.杂质吸收,光纤中杂质对光的吸收作用是造成光纤衰耗的主要原因。,二大类：过渡金属离子与氢氧根离子。,过渡金属离子包括铜、铁、铬、钴、锰、镍等离子，这些离子在光的作用下会发生震动而吸收光能量；每种离子都有自己的吸收峰波长。,过渡金属离子的吸收峰波长都落在600-1800nm波长范围。氢氧根离子对光的吸收峰波长落在1000-1800nm波长范围。,15,3.线性散射衰耗 瑞利散射,是指光波的某种模式的功率线性地转换成另一种模式的功率，但光的波长不变。,线性散射会把光功率辐射到光纤外部而引起衰耗。,瑞利散射是典型的线性散射，它与波长的4次方成反比，即光波长越长，瑞利散射衰耗越小。,光纤材料不均匀，会造成其折射率分布不均匀，易产生瑞利散射。,16,4.非线性散射衰减,指某光波长模式的部分功率非线性地转换到其它的波长中。,布里渊散射与拉曼散射是典型的非线性散射。,光纤中的光功率过大，就会出现非线性散射现象。,因此，防止发生非线性散射的根本方法，就是不要使光纤中的光功率信号过大，如不超过+25dBm。,5.其它衰减,括微弯曲衰减与连接衰减等；占的比例很小。,17,18,（二）光纤的色散,1.色散的概念,就是光脉冲经光纤传输后，所引起的展宽与畸变效应。,2.色散的危害,会导致光传输质量的劣化，产生码间干扰、发生误码等，从而限制光纤的传输容量。,3.色散分类,模式色散、材料色散与波导色散。,19,（1）模式色散,光在多模光纤中传输时，存在多种传播模式，由于不同的导模在传输过程中具有不同的传播速度，使输入端同时发送光脉冲信号，到达接收端的时间不同，产生时延，使光脉冲发生展宽与畸变。,（2）材料色散,指构成光纤的材料对不同波长的光具有不同的色散作用。,（3）波导色散,指因光纤的波导结构对不同波长的光产生的色散作用。,（4）三者关系,多模光纤中，三种色散均存在；单模光纤中，仅存在材料与波导色散，不存在模式色散。模式色散比材料色散与波导色散之和还要高出几十倍。,20,G.652、G.653、G.654、G.655和色散补偿光纤,1G.652光纤,即1310nm波长性能最佳光纤，又称色散未移位光纤。拥有1310nm和1550nm二个波长窗口，1310nm窗口的性能最佳，但用于1550nm窗口。,商用化的光放大器在1550nm窗口。,1310nm波长区域：光纤制造时未对光纤的零色散点进行移位设计，零色散点在1310nm波长区。它在该波长区域的色散系数最小，低达3.5ps/nm.km以下。其衰耗系数也呈现出较小的数值，其规范值为0.30.4dB/km。故称其为1310nm波长性能最佳光纤。,1550nm波长区：G.652光纤呈现出极低的衰耗，衰耗系数为；但在该波长区的色散系数较大，一般低于20ps/nm.km。,21,2000年ITU-T又对G.652光纤进行了规范与分类，即分为G.652A、G.652B与G.652C/D光纤。,G.652A光纤原G.652光纤一样，适用于传输最高速率为2.5Gb/s 的SDH系统及以2.5Gb/s为基群的WDM系统。,G.652B光纤可用于传输最高速率为10Gb/s 的SDH系统及以10Gb/s为基群的WDM系统（C、L波段），其技术指标增加了对偏振模色散的要求，即小于0.5ps/km。,G.652C光纤是一种低水峰光纤，它在G.652B光纤的基础上把应用波长扩展到1360-1530nm（C、L、S波段）。,22,2G.653光纤,即1550nm波长性能最佳光纤，又称色散移位光纤。主要应用于1550nm窗口，在1550nm波长区的性能最佳。,考虑到网络向超大容量波分复用系统的方向发展，不宜使用G.653光纤。,在1550nm波长区域，光纤的色散系数极小，所以特别适合传输单波长、大容量的SDH系统。用它来传输TDM方式的10Gb/s SDH系统是没有问题的，但是用它来传输WDM系统则会迂到麻烦即会出现四波混频效应（FWM）。,23,3G.654光纤,又称1550nm波长衰耗最小光纤，它以努力降低光纤的衰减为主要目的，零色散点仍然在1310nm波长区。,4G.655光纤,又称非零色散光纤。,在1550nm波长区域的衰耗系数低达，它主要应用于需要中继距离很长的海底光纤通信，但其传输容量却不能太大，如2.5Gb/s系统。,在1550nm波长区具有较低的色散（约为G.652光纤的四分之一），以支持TDM 10Gb/s的长距离传输而基本上无须进行色散补偿；同时又因为保持了非零色散特性，其低色散值足以抑制四波混频与交叉相位调制等非线性效应，从而可以传输足够数量波长的WDM系统。,24,2000年ITU-T对G.655光纤又进行了规范分类，即G.655A光纤与G.655B光纤。,G.655A光纤只适用于C波段，它可用于传输最高速率为10Gb/s 的SDH系统，以及以10Gb/s为基群、通道间隔200GHz的WDM系统。,G.655B光纤适用于C波段（1530-1565nm）与L波段（1570-1605nm），它可用于传输最高速率为10Gb/s 的SDH系统，以及以10Gb/s为基群、通道间隔100GHz的WDM系统。,25,5G.656光纤,宽带传输非零色散位移光纤,2004年7月，ITUT颁布了宽带光传输用的非零色散位移单模光纤光缆的建议。该建议将宽带光传输用的非零色散位移单模光纤规定为G.656光纤。,G.656光纤的特点：可在S+C+L三个波段范围工作。,S波段：14601530nmC波段：15301565nmL波段：15651625nm。,适用于14601625nm的长途干线远距离DWDM的传输。,6色散补偿光纤-DCF,优点是在1550nm波长区域有很多的负色散，其主要用于G.652光纤扩容升级至1550nm进行色散补偿。25m1km,26,光纤的选用原则,对光纤的选择必须依据实际需求，综合考虑光纤的传输性能(如：衰减、色散、偏振模色散、非线性效应）系统单信道速率传输距离是否采用WDM技术以及是采用DWDM还是CWDM等技术因素 兼顾良好的性能价格比,27,参考原则:,1、工作波长,新建系统：既可选择光纤，又可选择工作波长。系统扩容（一般多为G.652）：只能选择工作波长。,2、衰减和非线性,衰减是限制系统中继距离的主要因素。,采用光纤放大器后会产生一系列问题：工作波长内增益不平坦波分复用的每个信道增益不同，特别当光纤中注入功率高时会出现非线性效应：SRS、SBS、XPM、SPM、FWM。,对采用波分复用和光纤放大器的高速系统较优先选用G.655光纤和G.652光纤。,28,3、色散,色散是限制高速系统中继距离的主要因素。,为尽量减小色散，在选用光纤工作波长时，尽量选零色散波长。,G.652光纤应选1310nm，但其衰减系数略大；想利用1550nm低衰减和小色散，可选G.653;利用DWDM时，选择G.655光纤。另外，选择合适的光源器件，也可减小色散。,4、经济,当今各种单模光纤商品价格高低的顺序如下：DCFG.655G.653G.652,29,参考标准,YD/T908-2000 光缆型号命名方法YD5102-2005 长途通信光缆线路工程设计规范,定义：光纤和其他材料、器件组合起来构成一体,这种组合体就是光缆。,作用：为光纤提供可靠的机械保护，使之适应外部使用环境。,30,1.光缆的制造过程,（1）光纤筛选：选择传输特性优良和张力(0.69Gpa)合格的光纤。,（2）光纤染色：应采用标准的全色谱标识，要求高温不褪色、不迁移-涂覆层染色,（3）套塑：选用高弹性模量，低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子，将光纤纳入并填入防潮、防水的凝胶，最后存放几天(不少于两天)-单纤紧套、多纤松套,（4）绞合：将数根套塑好的光纤单元与加强单元绞合在一起-缆芯,（5）挤制：在缆芯外加护套。,31,2.光缆的结构和材料,基本结构：一般由缆芯、加强构件、填充物和护层等几部分组成，另外根据需要还有防水层、铠装层、绝缘金属导线等。,光缆中使用的材料除光纤外，主要可分为下面三大类：（1）高分子材料（聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、PET、PBT等）（2）金属材料：铝带、钢带、钢丝。（3）复合材料：钢-塑复合带PSP、铝-塑复合带PAP。,32,3.光缆的分类,33,层绞式缆芯-古典结构,光纤先集合成单元，外部挤制PBT材料的松套管；与中心加强件、护层等绞合成缆。优点：制造容易，光纤保护性能好。缺点：接续时需要先开缆，再对每个松套管进行开剥。,34,中心束管式缆芯,中心管内放置经过涂覆的光纤，可达近百根，加强件由缆芯中央移到缆芯外部的护层中。优点：体积小、质量轻、成本低。,35,骨架式缆芯,把光纤放置在塑料骨架的槽中，槽内填充油膏。槽的数目依光纤数设计，618槽（可放置上千根光纤）。优点：结构简单，耐压、抗弯性能好。缺点：制造困难，在我国较少采用。,36,带状式缆芯,特点：光纤放入塑料带内制成光纤带。优点：容纳光纤数目多，接续可一次完成（100芯以上）。应用：满足接入网密集布放光纤的需要，可同时多芯熔接。,37,4.光缆程式选择,（1）光缆芯数的选定,（2）光缆的结构程式选择,张力和侧压力,护层结构选择,架空和管道光缆(简易塑料管道)为：铝塑复合防潮层+PE外护层直埋光缆为：防潮层+PE内护层+钢带铠装层+PE外护层水底光缆为：防潮层+PE内护层+粗钢丝铠装层+PE外护层,38,考虑因素：地段环境、敷设方式和保护措施。,(1)直埋光缆：PE内护层+防潮铠装层+PE外护层 防潮层+PE内护层+铠装层+PE外护层 宜选用GYTA53、GYTA33、GYTS、GYTY53,(2)管道或采用塑料管道保护的光缆：防潮层+PE外护层 宜选用GYTA、GYTS、GYTY53、GYFTY,(3)架空光缆：防潮层+PE外护层，宜选用GYTA、GYTS、GYTY53、GYFTY、ADSS、OPGW,(4)水底光缆：GYTA33、GYTA333、GYTS333、GYTS43；(5)局内光缆：阻燃材料外护层,39,5.光缆的端别与纤序识别,（1）A端和B端的识别,（2）纤序识别（十二色全色谱）,光纤号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 色 谱 蓝 桔 绿 棕 灰 白 红 黑 黄 紫 粉红 天蓝,面对光缆的横截面，由领示光纤（或导电线或填充绳），以红-绿（或蓝-黄）顺时针为A端；逆时针为B端。,根据光缆外护层标注的长度数字识别：数小为A端，大为B端。,规定：长途光缆线路，北(东)为A端，南(西)为B端,市话光缆，汇接局为A端，分局为B端；,汇接局间，局号小为A端，局号大B端；,无汇接局城市，容量大的中心局为A端，对方为B,40,小结与作业,1、光纤通信具有怎样的特点？2、光纤的结构是怎样的？3、光纤是怎样分类的？4、光在阶跃型多模光纤、阶跃型单模光纤、渐变型光纤中的传播 途径分别是怎样的？5、光纤的最主要传输参数有哪些？6、光纤的衰减主要包括哪些部分？7、什么叫色散？光纤的色散包括哪些部分？色散具有什么危害？8、多模光纤与单模光纤受色散的影响是否相同？传输特性哪一种 比较优良？9、目前单模光纤有哪些种类？分别具有怎样的特性？,41,互动时光,Q&A,42,光缆的型号及用途,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,举例,金属加强件、松套、层绞、油膏填充式、铝-聚乙烯粘结护套、皱纹钢带铠装、聚乙烯护层的通信用室外光缆，包含12根50/125um石英玻璃系梯度折射率多模光纤和5根用于远供电及监测的铜线径为0.9mm的四线组,光缆的型号应表示为：GYTA53 12Aa1a+540.9,型式,规格,分类,加强件、结构特征,护套代号,外护层代号：铠装层（5）、外护套（3）,光纤规格,导电芯线规格,