2022年光纤通信知识点归纳知识分享 .pdf

第 1 章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。光 纤 通 信 工 作 波 长 在 于 近 红 外 区：0.8 1.8 m的 波 长 区，对应频率:167375THz。对于 SiO2 光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即 0.85m、1.31m 及 1.55m。2、光纤通信系统的基本组成：（P2 图 1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由 光发射机、光纤、光接收机 以及长途干线上必须设置的光中继器组成。信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输:单模光纤+半导体激光器 LD 小容量、短距离光纤传输:多模光纤+半导体发光二极管LED 5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达 0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。4、（1）光纤通信在通信网中的未来发展趋势：GFP、ASON、全光网（波分复用技术（WDM）相干光通信超长波长光纤通信光集成技术光孤子通信）（2）相应技术手段：时分复用TDM；波分复用 WDM；光时分复用OTDM；光放大技术；色散补偿技术。（3）技术现状：PDH、SDH、WDM、光电收发器、EPON 超高速度、超大容量 以及超长距离传输 的光纤通信一直是人们追求的目标，光纤到户和全光网 是人们希望早日实现的梦想。目前1.6Tbit/s 的 WDM 系统已经大量使用，随着技术和业务的不断发展，WDM 技术正从 长途传输领域 向城域网领域扩展。未来的高速通信网是 全光网。它是以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，具有良好的透明性、开放性、兼容性以及可靠性，并且能够提供巨大的带宽，网络结构简单，组网非常灵活。要形成一个已WDM 技术与光交换技术为主的光网络层，建立起真正的全光网络，必须要解决的问题是消除电光瓶颈，而光纤到户FTTH是解决从Internet主干网到用户的“最后一公里”瓶颈现象的最好方案。第 2 章光导纤维1、光纤的结构：目前，通信用的光纤绝大多数用石英材料做成的横截面积很小的双层同心圆柱体。光纤由涂覆层、纤芯、包层 组成。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。纤芯：纤芯位于光纤的中心部位（直径d1=9 50m）。多模光纤的纤芯为50m，单模光纤的纤芯为910m。成份：高纯度的二氧化硅。还掺有极少量的掺杂剂（如二氧化锗，五氧化二磷）。作用：适当提高纤芯对光的折射率(n1)，用于传输光信号。包层：位于纤芯的周围（直径d2=125m），含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。作用：适当降低包层对光的折射率(n2)，使之略低于纤芯的折射率，即 n1 n2，这是光纤结构的关键，它是使光信号封闭在纤芯中传输。涂敷层：由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成。作用：增加光纤的机械强度与可弯曲性。2、光纤的分类：目前在通信中使用较为广泛的光纤有两种：紧套光纤 与松套光纤。1）、按照光纤横截面折射率分布不同来划分：阶跃型光纤：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，称为：均匀光纤。渐变型光纤：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。2）按照纤芯中传输模式的数量划分：多模光 纤：在一定的工作波下，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，也可采用渐变折射率分布多模光纤的纤芯直径约为50m。文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 ZK8P4T5H1G10文档编码:CX3K2S1F5A7 HL8Q6R2H8J10 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n2=n(a).2）得到最佳折射指数分布的前提条件：（1）均匀的激励；（2）恒定的光中心波长；（3）相同传输损耗的模式；最佳折射指数分布：这种在最大程度上减少模式色散的n(r)分布，称为渐变型光纤的最佳折射指数分布。双曲正割型 和平方律型3）渐变型（平方律）光纤的最佳折射指数分布表达为：212)(21)0()(arnrn4）渐变型光纤的本地数值孔径NA渐变型光纤纤芯折射指数n1 随半径 r 变化。因此，数值孔径NA 是纤芯端面上位置的函数。故，渐变型光纤纤芯在某一点的数值孔径可表示为：比较：阶跃型光纤的数值孔径渐变型光纤的数值孔径NA 表征的意义：当折射指数越大时，本地数值孔径也越大，表示光纤捕捉射线的能力就越强。轴线处的折射指数最大，捕捉射线的能力最强。例题：已知：渐变型光纤的折射指数分布为：2122212nnn121nnn2221sinnn)()()(22anrnrNA21)(21)0()(aarnrn文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 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的基本要求：a、光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口b、能长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。c、与光纤的耦合效率高。d、光源的谱线宽度窄。e、寿命长，工作稳定。2）LD的结构：从光振荡的形式上来看，激光器分为：布里-珀罗谐振腔（F-P腔）激光器和分布反馈型（DFB）激光器。常用的光纤通信激光器 铟镓砷磷（InGaAsP）双异质结条形激光器。它的特点：注入电流小，发光强度大。3）比较 LD、LE：4、常用的 半导体光电检测器：PIN 光电二极管、APD 雪崩光电二极管1）APD 工作特性：具有光/电转换作用；具有内部放大作用；（通过管子内部的雪崩倍增效应完成）2）APD 的雪崩倍增效应：文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 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对光源和光电检测器的要求对光源的要求：激光器输出波长保持稳定激光器应具有比较大的色散容纳值采用外调制技术对光检测器的要求：具备多波长检测能力4）WDM 监控和管理系统两个功能：对EDFA 的监控与管理；对各波道工作状态的监控。5）分类：WDM、DWDM 密集波分复用、CWDM 粗波分复用文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 ZT7I5W8I1Q4文档编码:CL8P4Y5F4R2 HP10D3C8O1U3 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