光纤专业知识.ppt

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1、安装员认证安装员认证 光纤专业技术人员培训课程光纤专业技术人员培训课程Module1.fiber basic光纤基础光纤基础那种更实用？光纤基础光纤基础光纤基础光纤基础光纤历史光纤历史Daniel Colladon(瑞士),1841 第一次阐述通过喷射水柱传导光束的思想；Charles Kao and George Hockham(英国),1965 提出了玻璃材质套圈的光纤设想；Corning Glass Works(USA),1970 纯净石英制成的光纤，衰减逐渐从 1000dB/km 降低到20dB/km；现在:0.20dB/km 衰减性能的单模光纤非常普遍。n从从70年代初开始，大多数的

2、长距离电信网络多半年代初开始，大多数的长距离电信网络多半由光纤构成由光纤构成n光纤每秒可以传输数百亿比特光纤每秒可以传输数百亿比特(bits)到数十公里到数十公里以外以外n光纤目前被广泛应用于局域网主干，将会发展到光纤目前被广泛应用于局域网主干，将会发展到达桌面的应用达桌面的应用n电信公司和有线电视服务供应商电信公司和有线电视服务供应商,将光纤应用拉将光纤应用拉到家庭到家庭 光纤简史光纤简史常有误解认为光纤由玻璃制成，它一定很脆弱；传统的玻璃确实易碎，但是光纤使用的是非常纯净的玻璃。这样的材料制成的光纤不仅抗张力强，而且经久耐用；那么光纤的强度究竟是多少呢？打个比方，就好比在每平方英寸的面积上

3、承受600或800磅（272.4公斤或363.2公斤）。这个参数远大于铜的每平方英寸的面积上承受100磅（45.4公斤）。光纤脆弱吗？光纤脆弱吗？电磁波的光谱电磁波的光谱不同波长光源不同波长光源不同波长光源不同波长光源电磁波频谱电磁波频谱电磁波频谱电磁波频谱n有效的增加信息传输率有效的增加信息传输率n在单一光纤之内，数据以不同的波长传输在单一光纤之内，数据以不同的波长传输n可达到可达到 16 种不同的波长种不同的波长n已经试验可达到已经试验可达到300Gb/sn已知命名为已知命名为 WDM&DWDM波长分隔的多路复用波长分隔的多路复用波长分隔的多路复用波长分隔的多路复用n单模和多模由单模和多模

4、由 TIA/EIA-568-B.3定义定义n50/125 和和 62.5/125 多模和单模光纤有相同大小的多模和单模光纤有相同大小的外部套圈（外部套圈（125微米）微米）n单模光纤传导光的纤芯为单模光纤传导光的纤芯为9微米，远小于多模光微米，远小于多模光纤的纤的50或或62.5微米微米n多模光纤支持的带宽比单模的低。多模光纤支持的带宽比单模的低。n单模的衰减更低，对传输的信息量几乎没有限单模的衰减更低，对传输的信息量几乎没有限制。制。n单模光纤所配套的设备，如连接器，适配器和单模光纤所配套的设备，如连接器，适配器和有源设备比多模的要贵有源设备比多模的要贵单模和多模的区别单模和多模的区别802

5、.3ae 10GbE 标准将多模光纤分为3种，单模光纤有一种类型。(ISO 11801 标准定义了以下类型）:OM1 对应 62.5/125m 多模光纤，OM2 对应50/125m 光纤.OM3是增强型 50/125m光纤，OS1 对应 9/125m 单模光纤.在支持10Gb/s的速度时 OM3 最大支持300米的传输距离。光纤类型光纤类型62.5/125m 50/125m SMFFiberMHZ.km 160 200 4005002000LOFSR/SWVCSEL850nm28m33m66m82m300mLX4WWDM 1310nm300m500 MHz.km fiber240m300m30

6、0m10kmLR/LW1310nm10kmER/EW1550mn40km光纤传输光纤传输10G万兆以太网距离表万兆以太网距离表衰减的原因衰减的原因散射 雷氏散射=1/(波长)4吸收氧化硅的红外吸收 波长 1.6 m 二氧化硅(SiO2)紫外吸收波长 0.3 m OH离子在 波长1.38 m,1.23 m,0.98 m的吸收 存在 Fe,Cu,Co,Ni,Cr,Mn杂质外部原因 过度弯曲(布线，安装)耦合OTDRsOTDRsOptical LossOptical LossTest SetsTest Sets测量损耗测量损耗Typical OTypical OPTIPTI-J-JACKACK Co

7、nnector(-0.3dB)Connector(-0.3dB)1/2 1/2 Power(-3.0dB)Power(-3.0dB)1/10 1/10 Power(-10.0dB)Power(-10.0dB)1/100 1/100 Power(-20.0dB)Power(-20.0dB)%TransmissionTransmissionAttenuation/Loss(dB)Attenuation/Loss(dB)TIA-568-A Spec for Single-modeTIA-568-A Spec for Single-mode Connector Return Loss(-26dB)Co

8、nnector Return Loss(-26dB)测量损耗测量损耗重要的问题重要的问题我如何可以通过一根比人的头我如何可以通过一根比人的头 发发 还还 细细 的的 玻玻 璃璃 管管 将将 一一 丝丝 光光 线线 传传 到到 几几 公公 里里 以以 外外?用光传输数据用光传输数据用光传送数据用光传送数据n数据被编码：数据被编码：“on”代表二进制数“1”“off”代表二进制数“0”n考虑考虑(Morse Code)莫尔斯电码等编码，莫尔斯电码等编码，用用“on”代替代替点号点号，用用“off”代替代替破破折号折号SOS=“.-.”或“on,on,on,off,off,off,on,on,on”

9、光纤光纤 结构结构折射度系数折射度系数(Index of refraction)Index of refraction)(n)n)等于光通过等于光通过一种材料的速度一种材料的速度覆层(Cladding)纤芯(Core)n1n0直径直径直径直径=.005”=.005”=0.127=0.127毫米毫米毫米毫米覆层覆层 纤芯纤芯 光光根据打到纤芯根据打到纤芯/覆层界面上的角度，进来的光可覆层界面上的角度，进来的光可能产生折射能产生折射 或反射或反射临界角临界角(critical angle)critical angle)是纤芯折射系数与覆层是纤芯折射系数与覆层折射系数的比率折射系数的比率光纤结构光纤

10、结构临界角临界角n光在核心部分传输光在核心部分传输n光纤对弯曲非常敏感光纤对弯曲非常敏感n过度弯曲过度弯曲=光溢出光溢出n如果弯曲半径如果弯曲半径 20 x 外径，则大部分光都外径，则大部分光都会从涂层溢出会从涂层溢出n单模光缆比多模光缆对弯曲损耗更敏感单模光缆比多模光缆对弯曲损耗更敏感光纤基础光纤基础光纤基础光纤基础光纤弯曲光纤弯曲光纤弯曲光纤弯曲临界角临界角以大于临界角撞击边界的折射模态会以大于临界角撞击边界的折射模态会以大于临界角撞击边界的折射模态会以大于临界角撞击边界的折射模态会使光漏出覆使光漏出覆使光漏出覆使光漏出覆层层层层光纤弯曲损耗光纤弯曲损耗当弯曲被纠正，可以得到恢复当弯曲被纠

11、正，可以得到恢复无法恢复，比如由线无法恢复，比如由线缆捆扎过紧造成缆捆扎过紧造成两种方式都会发生光损耗两种方式都会发生光损耗光纤弯曲损耗光纤弯曲损耗光纤弯曲损耗光纤弯曲损耗为使光能被引导在光纤纤芯之中，光必为使光能被引导在光纤纤芯之中，光必为使光能被引导在光纤纤芯之中，光必为使光能被引导在光纤纤芯之中，光必须落下在这角度内须落下在这角度内须落下在这角度内须落下在这角度内n1n0NA=(n02-n12)1/2入射角入射角散射是影响高速数据传输的决定性的因素散射是影响高速数据传输的决定性的因素在光纤传输中，做成讯号损耗的主要原因在光纤传输中，做成讯号损耗的主要原因散射加宽了在光纤传输中的脉冲散射加

12、宽了在光纤传输中的脉冲测量光波脉冲宽度以算位长度计测量光波脉冲宽度以算位长度计(通常通常nsec/km)散射散射 二进位的 0,1 在发送端是明确的分离脉冲 脉冲在接收端变为延伸和变形，并重叠在一起,使不能正确解码散射散射比对 LED 光源，激光具窄波长误差产生小的色散射发生在多模光纤因不同传输路径产生不同的长度 模态散射色散射不同光的色光(波长)，以不同的速度传输因光源产生光谱宽度的误差所做成散射散射多模多模(Multimode)单模单模(Single-mode)125 125 微米微米 125 125 微米微米 62.562.5微米微米 9 9 微米微米 模式是光线的路径模式是光线的路径

13、LEDsLEDs 发光二级管发光二级管 LASERsLASERs 激光激光 VCSELsVCSELs 垂直表面激光发射器垂直表面激光发射器多模多模多模62.5/125 m50/125 m单模单模9/125 m光纤基础光纤基础光纤基础光纤基础光源光源光源光源 发光二发光二极管极管垂直腔垂直腔体表面体表面发射激发射激光器光器光缆的结构光缆的结构光纤光纤(Fiber)镀层镀层(Coating)缓冲区缓冲区(Buffer)纱线纱线(AramidYarn)护套护套(Jacket)光缆的结构光缆的结构n松套型，每个套管中有多根光纤光纤光纤缓冲套管缓冲套管加强芯加强芯护套护套光缆类型光缆类型光缆类型光缆类型

14、n层绞式光缆光纤光纤缓冲层缓冲层护套护套加强芯加强芯加强材料加强材料光缆类型光缆类型光缆类型光缆类型n可分支光缆光纤光纤缓冲护套缓冲护套外护套外护套加强芯加强芯加强材料加强材料内护套内护套光缆类型光缆类型光缆类型光缆类型nOF 光纤光缆nN or C 绝缘或传导nR or P Riser或plenumOFNR OFNR 是指绝缘光缆，用于是指绝缘光缆，用于RiserRiser应用应用OFC OFC 是指屏蔽或传导型光缆，比如铠装，金属加强是指屏蔽或传导型光缆，比如铠装，金属加强芯等芯等光缆等级光缆等级光缆等级光缆等级n连接器用在光纤终端，提供接口，从而能够实现连接器用在光纤终端，提供接口，从而

15、能够实现光纤的互联，联接到其他设备如光收发器。光纤的互联，联接到其他设备如光收发器。光纤连接器光纤连接器光连接器的结构光连接器的结构耦合损耗：耦合损耗：耦合损耗：耦合损耗：熔接点或连接点产生的损耗熔接点或连接点产生的损耗熔接点或连接点产生的损耗熔接点或连接点产生的损耗角度未对准尺寸不合空气间隙中心未对准耦合损耗耦合损耗耦合损耗耦合损耗Optimal connection:Optimal connection:Optimal connection:Optimal connection:Perfect alignment of two perfectly flat glass surfacesLo

16、sses due to imperfection in contact are negligibleLosses due to imperfection in contact are negligibleCOUPLING LOSSESCOUPLING LOSSESConnectionConnectionFIBER BASICSFIBER BASICSArea mismatch:Area mismatch:Area mismatch:Area mismatch:Unequal diameters causes more light loss(attenuation)in one directio

17、nCOUPLING LOSSESCOUPLING LOSSESFIBER BASICSFIBER BASICSAxis misalignment:Axis misalignment:Axis misalignment:Axis misalignment:Allows light to escapeCOUPLING LOSSESCOUPLING LOSSESFIBER BASICSFIBER BASICSScratches:Scratches:Scratches:Scratches:Surface scratches may cause lossCOUPLING LOSSESCOUPLING L

18、OSSESFIBER BASICSFIBER BASICS光纤连接器类型光纤连接器类型FC 连接器是第一个使用2.5mm圆柱形套圈和可调节键的连接器，有效地减少了信号损失。从上世纪80年代开始得到广泛使用，现在在CATV中仍得到大量使用。ST旋转固定的子弹头式样的连接器，可快速连接。在上世纪80年代和90年代初广泛使用于进线间，目前被SC连接器代替。MT-RJ 由AMP,Siecor,USConec,Fujikura联合开发.。早期支持100Mb/s 以太网应用,但由于支持千兆以太网的进度太慢导致逐渐被LC连接器代替。对单模光纤的端接工艺要求极高。SC连接器是网络和布线应用的一个主要选择。使用

19、推拉方式安装和柱状套圈。插头可以是全双工，双工夹防止误插或插反极性。光纤连接器类型光纤连接器类型LC包括了单模和多模，单工和双工类型 由朗讯开发，在SC连接器的基础上开发，但只有SC连接器一半的物理尺寸。主流厂商都有与之相应的SFF光收发器MPO 在美国使用前已经在日本使用多年。有很高的端口密度，能够在一个连接器中最高支持24根光纤。美国厂商的MTP 与MPO完全兼容.两个概念可以通用光纤连接器类型光纤连接器类型TIA/EIA-568-B.3光纤标准光纤标准n元件元件:水平电缆水平电缆主干电缆主干电缆连接硬件连接硬件跳线跳线 光纤布线系统光纤布线系统n水平电缆水平电缆:最少需要最少需要 2根有

20、护套的根有护套的 62.5/125微米的光纤微米的光纤50/125微米的光纤微米的光纤n主干电缆主干电缆:多模多模(62.5/125微米微米 或或 50/125微米的光纤微米的光纤)单模单模典型地被分成组，每组有典型地被分成组，每组有6或或12根光纤根光纤光纤布线系统光纤布线系统n光纤连接：光纤连接：插入损耗插入损耗 20dB(26dB SM)单工单工 或或 双工的性能双工的性能双工连接应有双工连接应有 0.5英寸的中心间隔英寸的中心间隔光纤布线系统光纤布线系统n跳线跳线 应是应是 2根光纤的电缆根光纤的电缆适合室内的构造适合室内的构造连接器应：连接器应：u易于连接易于连接u保证极性保证极性

21、光纤布线系统光纤布线系统n输出口输出口 要求要求:弯曲半径为弯曲半径为1.18英寸英寸最少预留为最少预留为 1米米一般为表面安装盒一般为表面安装盒 光纤布线系统光纤布线系统TIA TIA 陈陈 述述 ；“568SC 连 接 器.仍 然 可 以 继 续 使 用.”其 他 的 .包 括 .(SFF)小 型 光 纤 连 接 器,也 可 以 考 虑 使 用”在光纤安装时，不仅遇到的安装速度这个麻烦问题，费用也是一个令人头痛的问题。快速、便宜、易于安装的光纤工具超小型（sff）连接器也就应运而生了。sff不仅体积小巧，而且和大多数连接器一样，允许至少两个对接。sff和传统的光纤连接器相比较要小得多，它和

22、我们平时使用的8芯五类铜线电缆连接器一般大小。sff有六种：vf-45.、mt-rj、lc、lx.5、opti-jack和scdc-scqc。这个市场还刚刚开始启动，正在使用的通讯设备对光纤连接器的需求将越来越多，这使得SFF连接器的前景无限美好。光纤布线系统光纤布线系统小型光纤连接器小型光纤连接器n配线架设计配线架设计:安装灵活性安装灵活性管理管理跳线跳线 管理管理保护保护 光纤布线系统光纤布线系统n 62.5/125损耗损耗 850 nm=3.75 dB/kmn 连接器损耗连接器损耗=0.75dB100m 的水平布线有二个连接器&没有胶接(100m x.00375dB/km)+(2 x 0

23、.75dB)=1.875dB2000m 的主干布线有二个连接器&没有胶接(2km x 3.75dB/km)+(2 x 0.75dB)=9.0dB链路损耗预算链路损耗预算TIA/EIA-TSB 72光纤标准光纤标准n1995年年10月发表月发表,己包括在新的己包括在新的 TIA/EIA 568B 中中n规定实施规定实施 集中光纤布线集中光纤布线 的准则和连接硬件的要求的准则和连接硬件的要求n单租户用户单租户用户n集中对分布的电子设备集中对分布的电子设备n供替代配线间中的交叉连接的选择供替代配线间中的交叉连接的选择n降低光纤到桌面的成本降低光纤到桌面的成本n要求要求:集中光纤布线，应位于与工作区相

24、同的建筑物中集中光纤布线，应位于与工作区相同的建筑物中应在配线间中完成水平链路的变更应在配线间中完成水平链路的变更标准应用标准应用n3种替代交叉连接的选择：种替代交叉连接的选择：过渡式线缆过渡式线缆(Pull-through Cable)互连互连(Interconnect)熔接熔接(Splice)一般准则一般准则n连续覆盖的电缆从设备室的中央交叉连接，经由配线连续覆盖的电缆从设备室的中央交叉连接，经由配线间拉到工作区间拉到工作区n从中央交叉连接到工作区的最大长度应为从中央交叉连接到工作区的最大长度应为 300米米n电缆要求同电缆要求同 TIA/EIA-568-A中的规定中的规定过渡式线缆过渡式

25、线缆水平水平电缆电缆水平电缆水平电缆中央中央交叉连接交叉连接ERERTCTCWAWA水平电缆水平电缆+跳线跳线 300米米工作区设备室配线间过渡式线缆过渡式线缆n在配线间内的互连或铰接提供更大的灵活性和易于在配线间内的互连或铰接提供更大的灵活性和易于移植到交叉连接移植到交叉连接n从中央交叉连接到工作区的最大长度应为从中央交叉连接到工作区的最大长度应为300米米互连和熔接互连和熔接主干电缆主干电缆水平电缆水平电缆(90 90 米米)中央中央 交叉连接交叉连接ERERTCTCWAWA主干电缆主干电缆主干电缆主干电缆+水平电缆水平电缆水平电缆水平电缆+跳跳跳跳线线 300 300米米米米工作区设备室

26、互连和熔接互连和熔接n集中光纤布线应：集中光纤布线应：允许移植到交叉连接允许移植到交叉连接允许添加或拆卸水平允许添加或拆卸水平 或主干光纤或主干光纤支持所有支持所有 TIA/EIA-606 标记要求标记要求提供电缆弯曲半径控制提供电缆弯曲半径控制允许光纤预留的管理允许光纤预留的管理n连接硬件应：连接硬件应：保证正确的光纤极性保证正确的光纤极性 符合符合TIA/EIA 568-A 提供足够的连接器保护提供足够的连接器保护一般的准则一般的准则千兆以太网千兆以太网光纤标准光纤标准1000Base-SX/LX 介绍 n目标是支援目标是支援 TSB-72 集中光纤集中光纤 设施设施需要需要 300 米米

27、 的的能力能力n使用现存的光纤管道使用现存的光纤管道 编码编码/解码线路解码线路8B/10B 编码编码可用的可用的,经证实的经证实的 和和 费用便宜的费用便宜的主干电缆主干电缆水平电缆水平电缆(90 90 米米)中央中央 交叉连接交叉连接ERERTCTCWAWA主干电缆主干电缆主干电缆主干电缆+水平电缆水平电缆水平电缆水平电缆+跳跳跳跳线线 300 300米米米米工作区设备室TSB 72TSB 721000Base-SXn应用在水平应用在水平 和和 比较短的主干比较短的主干n短的波长短的波长(850nm).n多模光纤电缆多模光纤电缆50/125um 或或 62.5/125um 光纤光纤n垂直腔

28、体表面发射激光器垂直腔体表面发射激光器(VCSELs)Vertical Cavity Surface Emitting Lasers用用 LED 的代价的代价,能获得激光的性能能获得激光的性能1000Base-LXn使用激光源在比较长距离的解决方案使用激光源在比较长距离的解决方案n长的波长长的波长(1300nm).n单模和多模两者的光纤布线系统单模和多模两者的光纤布线系统nLX 可否使用可否使用 VCSELs，在审查中在审查中1000Base-SX1000BASE-SX 应用在不同的多模光纤,在 850 nm 波长操作.OM2 OM2 和和 OM3 OM3 光纤适用于光纤适用于 1000 10

29、00Base-SXBase-SX1000Base-LX1000BASE-LX 应用在不同的多模光纤,在 1330 nm 波长操作OM1,OM2 和 OM3 光纤适用于 1000Base LX(但注意距离限制)单模光纤单模光纤l l网络仪器价格昂贵网络仪器价格昂贵;通常用于网络供应商通常用于网络供应商/室外光缆室外光缆l lOS1 OS1 是比较通用的单模光缆是比较通用的单模光缆l lPanduit Panduit 单模光纤跳线完全支援单模光纤跳线完全支援 OS1OS1多模光纤OM1OM2 OM3Panduit 光纤跳线完全支援 OM1 与 OM2OM3 光纤跳线光纤类型光纤类型IEEE 在 2002 年六月 制定 10G 万兆以太网l根护 EIA/TIA 568B,光纤主干最长距离为 300 米lOM3 光纤最适用在10G 万兆以太网光纤类型光纤类型10G光缆光缆