光纤传输基础PPT讲稿.ppt
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1、光纤传输基础1第1页,共56页,编辑于2022年,星期四n光纤与光缆光纤与光缆n光无源器件光无源器件n光有源器件光有源器件n光传输基础光传输基础内容介绍内容介绍2第2页,共56页,编辑于2022年,星期四一、光纤与光缆一、光纤与光缆3第3页,共56页,编辑于2022年,星期四光纤传输光纤传输基本原理基本原理光波光波光是一种电磁波光是一种电磁波,按照波长、频率、应用的不同,电按照波长、频率、应用的不同,电磁波分类概况如下图所示。光纤通信用的光波,其波长在磁波分类概况如下图所示。光纤通信用的光波,其波长在8008001600nm1600nm的近红外区内,使用四个低损耗窗口:的近红外区内,使用四个低
2、损耗窗口:850nm850nm、1300nm1300nm、1310nm1310nm、1550nm1550nm。4第4页,共56页,编辑于2022年,星期四19661966年,英籍华人高锟预见,利用玻璃可以制成衰减为年,英籍华人高锟预见,利用玻璃可以制成衰减为20dB/km20dB/km的光导纤维,可以引导光波转弯,实现通信。的光导纤维,可以引导光波转弯,实现通信。19701970年,美国康宁玻璃公司首先制成衰减为年,美国康宁玻璃公司首先制成衰减为20dB/km20dB/km的光导的光导纤维。纤维。19741974年,光纤衰减降低到年,光纤衰减降低到2dB/km2dB/km。19761976年,
3、打开了年,打开了1.311.31和和1.55um1.55um两个低衰减长波长窗口。两个低衰减长波长窗口。19801980年,年,1.55um1.55um波长衰减减低为波长衰减减低为0.2 dB/km0.2 dB/km,远距离的光,远距离的光纤通信成为可能。纤通信成为可能。进入进入8080年代后,采用注入油膏于光纤套管中,使光纤年代后,采用注入油膏于光纤套管中,使光纤 与与外界的水和潮气隔绝,完善的光缆付诸工程应用。外界的水和潮气隔绝,完善的光缆付诸工程应用。光导玻璃纤维通信光导玻璃纤维通信5第5页,共56页,编辑于2022年,星期四 光纤是由纤芯和包层两部分组成,纤芯折射率光纤是由纤芯和包层两
4、部分组成,纤芯折射率n n1 1,包层纤芯,包层纤芯折射率折射率n n2 2,且,且n n1 1 n n2 2。光纤周围是空气。当光线以某一角度。光纤周围是空气。当光线以某一角度0 0射到射到光纤端面时,在端面发生折射进入光纤后又射到纤芯和包层界面,光纤端面时,在端面发生折射进入光纤后又射到纤芯和包层界面,只要在界面的入射角大于全反射临界角,就能发生全反射,由于只要在界面的入射角大于全反射临界角,就能发生全反射,由于入射角等于反射角,当光纤是均匀圆柱体时,光就在光纤的纤芯入射角等于反射角,当光纤是均匀圆柱体时,光就在光纤的纤芯和包层的界面处发生全反射,从而沿光纤全长传输。和包层的界面处发生全反
5、射,从而沿光纤全长传输。光纤中的光传输光纤中的光传输6第6页,共56页,编辑于2022年,星期四光纤的分类光纤的分类按照传输模式分:按照传输模式分:光纤中传输的模式就是光纤中存在的电磁场模式,或者说是光场模式。光纤中传输的模式就是光纤中存在的电磁场模式,或者说是光场模式。各种模式都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果。各种模式是不连续各种模式都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果。各种模式是不连续的离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在,它的存在反映在光纤横截的离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在,它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场。即各种光斑。若是一个光斑,我们称这种光纤面上就是
6、各种形状的光场。即各种光斑。若是一个光斑,我们称这种光纤为单模光纤,若是两个以上光斑,我们称之为多模光纤。为单模光纤,若是两个以上光斑,我们称之为多模光纤。7第7页,共56页,编辑于2022年,星期四按纤芯直径分:按纤芯直径分:50/12550/125m m、62.5/12562.5/125m m、9/125 9/125 m m其中其中50/62.5/9 50/62.5/9 m m为光纤的芯径尺寸,为光纤的芯径尺寸,125125为光纤的包层尺为光纤的包层尺寸寸多模光纤:多模光纤:50/125 50/125 m m、62.5/125 62.5/125 m m两种。带宽窄、衰两种。带宽窄、衰耗大、
7、传输距离近、多用于短途或低速数据。趋耗大、传输距离近、多用于短途或低速数据。趋于淘汰。于淘汰。单模光纤:单模光纤:9/125 9/125 m m,容量大、损耗低、传输距离远、多用,容量大、损耗低、传输距离远、多用于长途或高速数据。得到广泛和大量应用。于长途或高速数据。得到广泛和大量应用。光纤的分类光纤的分类8第8页,共56页,编辑于2022年,星期四单模光纤的衰减单模光纤的衰减衰减是光纤的一个重要的传输参数,它表明了光纤对光衰减是光纤的一个重要的传输参数,它表明了光纤对光能的传输损耗。其对光纤质量评定和光纤通信系统的传输距能的传输损耗。其对光纤质量评定和光纤通信系统的传输距离的确定起着十分重要
8、的作用离的确定起着十分重要的作用光在光纤中传播时光在光纤中传播时,平均光功率沿光纤长度按照指数规律平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少减少,即即:P(z)P(z)P(0)10P(0)10-(az/10)-(az/10)式中式中,P(0),P(0)是在是在z z0 0处注入进光纤的光功率处注入进光纤的光功率:P(z):P(z)是经过传输在是经过传输在轴向距离轴向距离z z处的光功率处的光功率;是以是以dB/kmdB/km为单位的衰减系数。为单位的衰减系数。9第9页,共56页,编辑于2022年,星期四单模光纤衰减谱单模光纤衰减谱0.50.40.30.20.11100 1300 15001700波长
9、 l1310 窗口1550 窗口10第10页,共56页,编辑于2022年,星期四光纤的色散光纤的色散当当把把一一束束阳阳光光投投射射到到三三棱棱镜镜的的一一边边,由由于于玻玻璃璃对对各各种种波波长长的的光光具具有有不不同同折折射射率率,阳阳光光通通过过棱棱镜镜后后便散开成为七种颜色,这便是色散现象。便散开成为七种颜色,这便是色散现象。不不同同波波长长的的光光通通过过光光纤纤传传输输,同同样样会会有有色色散散发发生生。光光纤纤输输入入端端加加上上窄窄的的光光脉脉冲冲信信号号,经经光光纤纤传传输输后后,输输出出的的光光脉脉冲冲会会发发生生展展宽宽。光光纤纤长长度度越越长长,脉脉冲冲展展宽宽越越大大
10、。我我们们把把光光脉脉冲冲在在传传输输中中展展宽宽称称为为光光纤的色散。纤的色散。11第11页,共56页,编辑于2022年,星期四光纤的色散光纤的色散随着脉冲在光纤中传输,脉冲的宽度被展宽随着脉冲在光纤中传输,脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率的平方增大劣化的程度随数据速率的平方增大决定了中继器之间的距离决定了中继器之间的距离12第12页,共56页,编辑于2022年,星期四常见不同色散特性的光纤常见不同色散特性的光纤G.652G.652光纤:光纤:其零色散波长在其零色散波长在1310nm1310nm附近,典型损耗附近,典型损耗为为0.33dB/km0.33dB/km。也可工作在。也可工作在1
11、550nm1550nm,是当前应用最,是当前应用最为普遍的光纤。为普遍的光纤。G.653G.653光纤:光纤:零色散波长点从原来的零色散波长点从原来的1310nm1310nm移到移到1550nm1550nm,就是色散位移光纤,就是色散位移光纤(DSF)(DSF)G.655G.655光纤:光纤:非零色散位移光纤,零色散波长移到非零色散位移光纤,零色散波长移到了光纤放大器的工作波段之外,在了光纤放大器的工作波段之外,在1530nm1530nm1565nm1565nm工作波段内没有零色散点。工作波段内没有零色散点。13第13页,共56页,编辑于2022年,星期四光缆分类光缆分类 缆芯结构不同缆芯结构
12、不同:分为中心管式、层绞式和骨架式分为中心管式、层绞式和骨架式光缆光缆 敷设条件不同敷设条件不同:分为架空光缆、管道光缆、直埋光缆、分为架空光缆、管道光缆、直埋光缆、水底光缆和海缆水底光缆和海缆 光缆中光纤的松紧状态不同光缆中光纤的松紧状态不同:分为紧结构、松结分为紧结构、松结构和半松半紧结构光缆构和半松半紧结构光缆 使用环境不同使用环境不同:可分为金属加强构件、非金属加强可分为金属加强构件、非金属加强构件、阻燃和防蚁光缆构件、阻燃和防蚁光缆14第14页,共56页,编辑于2022年,星期四中心束管式光缆中心束管式光缆二二次次被被覆覆松松套套光光纤纤直直放放在在光光缆缆的的中中心心位位置置,加加
13、强强构构件件是是平平行行于于中中心心管管放放置的两根平行高碳钢丝置的两根平行高碳钢丝光缆中光纤芯数最大为光缆中光纤芯数最大为3636芯芯适用于架空、管道或直埋方式适用于架空、管道或直埋方式15第15页,共56页,编辑于2022年,星期四层绞式光缆层绞式光缆二二次次被被覆覆松松套套光光纤纤或或紧紧套套光光纤纤螺螺旋绞合在中心加强构件上旋绞合在中心加强构件上光光缆缆中中光光纤纤芯芯数数最最大大可可做做到到200200芯以上芯以上适适用用于于架架空空、管管道道、直直埋埋、水水下等各种方式下等各种方式16第16页,共56页,编辑于2022年,星期四光纤带状光缆光纤带状光缆带状光纤缆结构类同于非带状光纤
14、缆,可分为中心管式、松带状光纤缆结构类同于非带状光纤缆,可分为中心管式、松套层绞式和骨架式三大类套层绞式和骨架式三大类国内的带状光纤缆中的光纤芯数最大可做到国内的带状光纤缆中的光纤芯数最大可做到720720芯以上芯以上17第17页,共56页,编辑于2022年,星期四光缆的性能及测试光缆的性能及测试机械性能:包括拉伸、磨损、压扁、冲击、反复机械性能:包括拉伸、磨损、压扁、冲击、反复弯曲、扭转、曲绕、弯折、枪击等弯曲、扭转、曲绕、弯折、枪击等环境性能:包括温度循环、护套完整性、渗水、环境性能:包括温度循环、护套完整性、渗水、滴流、阻燃等滴流、阻燃等以上测试均有专用测试设备以上测试均有专用测试设备1
15、8第18页,共56页,编辑于2022年,星期四光缆路由和衰耗的确定光缆路由和衰耗的确定 用户应提供从每个监控点到前端的光缆路由、距离、所用光缆的单用户应提供从每个监控点到前端的光缆路由、距离、所用光缆的单位衰耗。通常情况下,在设计中按每盘单模位衰耗。通常情况下,在设计中按每盘单模G.652G.652光缆在光缆在1310nm1310nm波长波长的衰耗为的衰耗为0.4dB/km0.4dB/km,在,在1550nm 1550nm 波长的衰耗为波长的衰耗为 0.25dB/km0.25dB/km取值;多取值;多模光缆在模光缆在850 nm850 nm波长的衰耗为波长的衰耗为3.0dB/km3.0dB/k
16、m左右,在左右,在1300 nm1300 nm波长的衰耗波长的衰耗为为1.0dB/km1.0dB/km左右。(以上数据不含融接损耗。)左右。(以上数据不含融接损耗。)但应特别注意的是,如光缆的实际衰耗与上述数值相差但应特别注意的是,如光缆的实际衰耗与上述数值相差较大,则会对网络的实际指标产生很大的影响。较大,则会对网络的实际指标产生很大的影响。光缆实际皮长和余长光缆实际皮长和余长 通常按实际测量距离(光缆皮长)的通常按实际测量距离(光缆皮长)的5%5%预留敷设余长。预留敷设余长。光缆工程设计、施工中的几个问题光缆工程设计、施工中的几个问题19第19页,共56页,编辑于2022年,星期四光缆敷设
17、光缆敷设分管道敷设、架空敷设、直埋敷设、水底敷设、室内敷设等分管道敷设、架空敷设、直埋敷设、水底敷设、室内敷设等光缆接续与安装光缆接续与安装光纤的固定连接(熔接)、活动连接、接续护套盒、终光纤的固定连接(熔接)、活动连接、接续护套盒、终端盒,光纤配线架安装,接地等。单模光缆熔接损耗要求小端盒,光纤配线架安装,接地等。单模光缆熔接损耗要求小于于0.05db,活动连接器插入损耗要求小于,活动连接器插入损耗要求小于0.3db。光缆线路的测量光缆线路的测量单盘测量、连接损耗测量、光缆链路测量单盘测量、连接损耗测量、光缆链路测量20第20页,共56页,编辑于2022年,星期四二、无源光器件二、无源光器件
18、21第21页,共56页,编辑于2022年,星期四常用无源光器件常用无源光器件u光纤跳线:光纤跳线:用于设备与设备之间或者设备与光用于设备与设备之间或者设备与光纤线路之间的连接;纤线路之间的连接;u法兰盘:法兰盘:用于光纤的活动连接;用于光纤的活动连接;u耦合器:耦合器:完成光能量的分配或混合,一般用于同一完成光能量的分配或混合,一般用于同一波长;波长;uWDMWDM:完成完成1310nm1310nm和和1550nm1550nm两种波长光的合并或分两种波长光的合并或分解;解;uCWDMCWDM:目前完成目前完成8 8种波长光的合并或分解;种波长光的合并或分解;22第22页,共56页,编辑于202
19、2年,星期四光纤跳线光纤跳线跳线插头:跳线插头:FCFC、STST、SCSC、MUMU、LCLC跳线端面:跳线端面:PCPC、UPCUPC、APCAPC单模回波损耗:单模回波损耗:45dB/PC45dB/PC、50dB/UPC50dB/UPC、60dB/APC60dB/APC多模回波损耗:多模回波损耗:36dB36dB插拔次数:插拔次数:10001000次次23第23页,共56页,编辑于2022年,星期四光纤跳线光纤跳线 跳线两端的插头可以不同,这种跳线也叫桥接线。将跳线一跳线两端的插头可以不同,这种跳线也叫桥接线。将跳线一分为二时,就成了两条尾纤。尾纤经常与光缆内的光纤熔接,分为二时,就成了
20、两条尾纤。尾纤经常与光缆内的光纤熔接,使光纤能连接到设备上;尾纤也多用于光器件上,如带尾纤的使光纤能连接到设备上;尾纤也多用于光器件上,如带尾纤的激光器等。激光器等。目前最常用的跳线是目前最常用的跳线是FC/PC类的,在计算机网络中类的,在计算机网络中则主要使用则主要使用SC/PC类,安防行业有使用类,安防行业有使用ST/PC的习惯,这是的习惯,这是早期用多模光纤和小容量传输时养成的。现在安防系统早期用多模光纤和小容量传输时养成的。现在安防系统也已经较多使用单模光纤和大容量传输,应该尽量使用也已经较多使用单模光纤和大容量传输,应该尽量使用FC/PC类跳线。类跳线。24第24页,共56页,编辑于
21、2022年,星期四法兰盘法兰盘 法兰盘的作用就是将两个跳线插头准确方便地连接起来,法兰盘的作用就是将两个跳线插头准确方便地连接起来,完成光纤的连接。所以法兰盘为适应不同的光纤连接器插完成光纤的连接。所以法兰盘为适应不同的光纤连接器插头而有不同类型,这些类型基本与跳线插头类型相同,只头而有不同类型,这些类型基本与跳线插头类型相同,只是因为是因为APC端面的跳线要求有更高的对准精确度,而出现了一端面的跳线要求有更高的对准精确度,而出现了一种专门用于种专门用于APC端面插头连接的法兰盘。法兰盘通常两端都是端面插头连接的法兰盘。法兰盘通常两端都是同样类型的插座,但也可以不同,这种法兰盘一般称为转接法同
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