光纤传输技术课件.ppt
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1、光纤传输技术,主讲:陈厚新,1,t课件,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,2,t课件,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。,3,t课件,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?,4,t课件,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
2、2a;折射率低的外围部分称为包层,其折射率为n2,直径为2b。,5,t课件,6,t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。,7,t课件,2、光纤的优点,8,t课件,二、为什么要学习光纤技术基础?,从专业方向和知识面看从光纤的应用看从光纤技术的发展趋势看,9,t课件,专业方向:,无线电通讯计算机网络,省内HFC网络互联网电信网络国家干线网络,知识面,1、从专业方向和知识面看,10,t课件,2、从光纤的应用看,光纤在通信中的应用
3、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 ) 工业发达国家和我国均已宣布: 干线大容量通信线路不再新建同轴电缆,而全部铺设光缆。,11,t课件,2、光纤的应用“传”和“感”,12,t课件,诺尔顿,亚历山大,苏伊士,吉布提,卡拉奇,吉达,孟买,仰光,槟城,雅加达,珀斯,新加坡,吕宋岛,上海,冲绳,汕头,塞新布拉,Sea-Me-We-3是一条沿欧亚大陆铺设的洲际海底光缆,总长38,
4、000km,从德国到南韩、澳大利亚,连接40个国家或城市站点,传输速率为4-82.5Gb/s(10-20千兆比特)。,信息高速公路,13,t课件,第二部分 光纤分类,光纤的分类光纤材料,14,t课件,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。 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
5、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。,2.1 光纤的分类,15,t课件,图1.1 光纤的折射率分布,b,b,16,t课件,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410m。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(5062.5m )。,17,t
6、课件,波导模解释,光波导由于只在其轴向传播能量,同时光能量在横向又被限制在一定的空间内,因此在轴向的光波为行波或行波与驻波的叠加,而在横向则必然是驻波,横向不同的驻波结构就构成了光波导不同的传播模式当光波导的横向尺寸及折射率分布所确定的波导结构只能传播一个横向驻波结构的光时,我们称之为单模光波导能传播一个以上的横向驻波结构时,称之为多模光波导由于横向驻波的节距与光波波长和光的传播方向有关,因此光波导是单模还是多模与其传播的光的波长有关,18,t课件,三、 按光纤的工作波长分类短波长光纤(0.80.9m )长波长光纤(1.01.7m )超长波长光纤。(25m ),在光纤工业发展早期,光纤的传输窗
7、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。,19,t课件,四、按光纤的材料组成分类,全塑料光纤塑料包层石英芯光纤石英光纤多组分玻璃光纤液芯光纤氟化物/硫化物/重金属氧化物玻璃光纤 光子晶体光纤,20,t课件,第三部分 光纤的特性参数,光纤的损耗光纤的色散与带宽单模光纤模场半径单模光纤截止波长,21,t课件,3.1 光纤的损耗,光波在光纤中传输时,随着传输距离的增加而光功率逐渐下降,这就是光纤的传输损耗。
8、,图1 光纤传输损耗的原因和种类,22,t课件,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; R1, R0。例:1mw的信号经过100km的光纤传输后降至1w,则光功率衰减多少分贝?损耗系数是多少? R=Pout/Pin R30dB, 0.3dB/km*10km的光纤衰减?,23,t课件,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)
9、=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dB,dBw.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)=(dB/km)长度(km),24,t课件,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,
10、1550nm,25,t课件,1300,1550,850,紫外吸收,红外吸收,瑞利散射,0.2,2.5,损 耗 (dB/km),波 长 (nm),OH离子吸收峰,光纤损耗谱特性,损耗主要机理:材料吸收、瑞利散射和辐射损耗,26,t课件,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,27,t课件,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
11、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。,28,t课件,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,二、色散的种类,29,t课件,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.
12、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。,30,t课件,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。,31,t课件,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
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