光纤通信原理及基础知识.ppt
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1、光纤的通信原理及基础知识第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识1.1 1.1 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理信号处理发送端信号处理接收端光波导第一章第一章 光纤、光缆的基本知识光纤、光缆的基本知识f10km1km100m10m1m1cm1dm105m 100km107m010Hz 100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm 100pm 10pm1pm
2、10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光电磁波谱频谱分配频谱分配光纤通信的基本原理光在传输过程中,在两种不同的传输媒质的界面将产生光在传输过程中,在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为以下行为:一部分入射光将被反射一部分入射光将被反射 一部分入射光将进入第二种媒质,并产生折射一部分入射光将进入第二种媒质,并产生折射媒质媒
3、质1 折射率折射率n1媒质媒质2 折射率折射率n2 入射光线反射光线12 1=2n1Sin 1=n2Sin 2媒质媒质1 折射率折射率n1媒质媒质2 折射率折射率n2 入射光线12折射光线光的反射和折射定律光的反射和折射定律光纤通信的基本原理折射率折射率 n n光在真空中的传播速度光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度光在该媒质中的传播速度全反射:全反射:当当n1n2时,随着入射角的不断增加,在入射角达到某一值时,折射时,随着入射角的不断增加,在入射角达到某一值时,折射角达到角达到90oC,我们把此时的入射角称为临界角,我们把此时的入射角称为临界角 0。当入射角大于临界角。当入射角大于临
4、界角时,将发生全反射。时,将发生全反射。媒质媒质1媒质媒质2根据折射定律,我根据折射定律,我们可以求出临界角,们可以求出临界角,此时此时 290o。即。即n1Sin 0=n2Sin90o所以所以 Sin 0=n2/n1媒质媒质折射率折射率真空真空空气空气水水多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤玻璃玻璃钻石钻石光的全反射定律光的全反射定律光纤通信的基本原理光通信正是利用了全反射原理,当光的注入角满足一光通信正是利用了全反射原理,当光的注入角满足一定条件时,光便能在光纤定条件时,光便能在光纤(光波导光波导)内形成全反射,从内形成全反射,从而达到长距离传输的目的。而达到长距离传输的目的。包层包层 n2纤
5、芯纤芯 n1光纤中光纤中心轴线心轴线 090-0 包层包层 n2空气 n0 1光纤的导光原理光纤的导光原理光纤通信的基本原理n1n2n0n0:空气中的折射率n1:纤芯的折射率n2:包层的折射率 0 0 0:入射角,和 sin0=n2/n1条件:涂涂 层层包包 层层纤芯纤芯光纤的结构光纤的结构光纤的结构光纤的结构光纤的基本结构和分类光纤通信的优点光通信基本原理大容量大容量长中继距离长中继距离适应能力强适应能力强体积小,重量轻,便于安装和维护体积小,重量轻,便于安装和维护选材丰富,价格低选材丰富,价格低Raw material abundance,low price Raw material ab
6、undance,low price 保密性强保密性强第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识光纤的结构及组成光纤的结构及组成 涂层 力学影响的防护涂层(acrylic)acrylic)250 250 m m 涂层 250 m 标准单模光纤标准单模光纤标准梯度折射率分布多模光纤标准梯度折射率分布多模光纤 纤芯纤芯(SiO2+Ge+F)(掺锗二氧化硅掺锗二氧化硅)8.6-9.5 m8.6-9.5 m 纤芯纤芯(聚甲基丙烯酸甲酯聚
7、甲基丙烯酸甲酯 )980980 m m 包层包层(SiO2+F)掺氟二氧化硅掺氟二氧化硅125 m 125 m 纤芯纤芯(掺锗二氧化硅掺锗二氧化硅)50 m/62.5 m/100 m50 m/62.5 m/100 m涂层 1000 m 塑料光纤塑料光纤光纤的基本结构和分类按材料分类:按材料分类:按材料分类:按材料分类:二氧化硅系光纤二氧化硅系光纤二氧化硅系光纤二氧化硅系光纤 多组份光纤多组份光纤多组份光纤多组份光纤 塑料光纤塑料光纤塑料光纤塑料光纤光纤的分类光纤的分类光纤的基本结构和分类 用于通信,如:光缆用于通信,如:光缆用于通信,如:光缆用于通信,如:光缆 用于传感器,如:光纤陀螺用于传感
8、器,如:光纤陀螺用于传感器,如:光纤陀螺用于传感器,如:光纤陀螺 用于传输图像,如:内窥镜用于传输图像,如:内窥镜用于传输图像,如:内窥镜用于传输图像,如:内窥镜 其它用途,如用于传输能量其它用途,如用于传输能量其它用途,如用于传输能量其它用途,如用于传输能量按用途分类:按用途分类:按用途分类:按用途分类:光纤的分类光纤的分类光纤的基本结构和分类按传输模式分类:按传输模式分类:按传输模式分类:按传输模式分类:多模光纤多模光纤多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤光纤的分类光纤的分类光纤的基本结构和分类G651多模光纤:多模光纤:工作波长为工作波长为850nm的的LAN用的多模光纤用的
9、多模光纤G652光纤:光纤:最佳工作波长为最佳工作波长为1310nm的单模光纤的单模光纤:G652A G652B:标准光纤标准光纤 G652C G652D:低水峰(全:低水峰(全波波)光纤光纤 G653光纤:光纤:零色散波长在零色散波长在1.55 m窗口的单模光纤窗口的单模光纤 G654光纤:光纤:截止波长在截止波长在1500 nm的海底应用单模光纤的海底应用单模光纤,又称为最低又称为最低 衰减单衰减单 模光纤模光纤 G655光纤:光纤:在在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色窗口给定波长区间内色散不为零的色 散位移单模光散位移单模光纤,纤,称为非零色散位移光纤称为非零色散位移光纤 G
10、655A:单信道单信道光纤光纤(1995)G655B、G655C:DWDM光纤光纤(2000.10,2003.1)G656光纤:光纤:使用于使用于DWDM 系统系统S+C+L波带的非零色散位移光纤波带的非零色散位移光纤 (2003.10提出,提出,2004.4争取会议同意争取会议同意)光纤的分类光纤的分类光纤的基本结构和分类单模光纤特性单模光纤特性单模光纤特性单模光纤特性G.652G.652光纤光纤光纤光纤G.653G.653光纤光纤光纤光纤G.654G.654光纤光纤光纤光纤G.655G.655光纤光纤光纤光纤最成熟的单模光纤,但未把最小的衰最成熟的单模光纤,但未把最小的衰最成熟的单模光纤,
11、但未把最小的衰最成熟的单模光纤,但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。减与最小的色散有效的结合在一起。减与最小的色散有效的结合在一起。减与最小的色散有效的结合在一起。过渡性的单模光纤,通过对光纤的截过渡性的单模光纤,通过对光纤的截过渡性的单模光纤,通过对光纤的截过渡性的单模光纤,通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。止波长进行位移而获得极低的衰减。止波长进行位移而获得极低的衰减。止波长进行位移而获得极低的衰减。过渡性的单模光纤,把零色散点移到过渡性的单模光纤,把零色散点移到过渡性的单模光纤,把零色散点移到过渡性的单模光纤,把零色散点移到了衰减最小的波长。了衰减最小的波长。了衰减
12、最小的波长。了衰减最小的波长。一种新型的单模光纤,把最小的衰减一种新型的单模光纤,把最小的衰减一种新型的单模光纤,把最小的衰减一种新型的单模光纤,把最小的衰减与小的色散结合在一起。与小的色散结合在一起。与小的色散结合在一起。与小的色散结合在一起。单模光纤的特性单模光纤的特性光纤的基本结构和分类G652光纤的分类、特点与应用应用应用1.G.652A:支持支持G.957规定的规定的SDH传输系统,传输系统,G.691规定规定的带光放大的单通过路的带光放大的单通过路STM-16(2.5Gbit/s)的)的SDH传传输系统,输系统,G.693规定的规定的40km的的10Gbit/s以太网系统及以太网系
13、统及STM-2562.G.652B:主要支持更高速率主要支持更高速率,例如,例如G.691和和G.692传传输系统中直到输系统中直到STM-64(10Gbit/s),在),在G.693和和G.959.1中对于中对于STM-256的某些应用的某些应用3.G.652C(低水峰光纤)(低水峰光纤):与与G.652A光纤属性类似,光纤属性类似,允许使用在允许使用在13601530nm扩展波长范围扩展波长范围4.G.652D:与与G.652B光纤属性类似,允许使用在光纤属性类似,允许使用在13601530nm扩展波长范围扩展波长范围光纤的基本结构和分类 长距离应用,发展方向是大有效面积色散平坦型长距离应
14、用,发展方向是大有效面积色散平坦型G.655 城域网中,低水峰光纤(城域网中,低水峰光纤(G.652C、G.652D)有较大的应用前景,)有较大的应用前景,关键在价格,目前主关键在价格,目前主 要采用的是要采用的是G.652A、G.652B光纤光纤 接入网中将主要应用接入网中将主要应用G.652光纤,光纤,其发展前景仍被很多专家看好其发展前景仍被很多专家看好(目前市场规模在下降,但仍继续占主导地位)(目前市场规模在下降,但仍继续占主导地位)LAN中将主要应用多模光纤,芯径逐渐由中将主要应用多模光纤,芯径逐渐由62.5 m向向50 m发发 展,展,市场在逐渐扩大市场在逐渐扩大 室内布线将向塑料光
15、纤发展室内布线将向塑料光纤发展 光纤应用的发展趋势光纤应用的发展趋势 光纤的基本结构和分类第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构及分类光纤的基本结构及分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识 几何尺寸参数几何尺寸参数几何尺寸参数几何尺寸参数 光学及传输特性参数光学及传输特性参数光学及传输特性参数光学及传输特性参数 机械及环境性能参数机械及环境性能参数机械及环境性能参数机械及环境性能参数光纤参数分类光纤参数分类光纤的基本参数光纤的几何尺寸参数光纤的几何尺寸参数光纤的几何尺寸参数光纤的几
16、何尺寸参数 纤芯直径纤芯直径纤芯直径纤芯直径 纤芯纤芯纤芯纤芯/包层同心度包层同心度包层同心度包层同心度 包层外径包层外径包层外径包层外径(d=d(d=dx x+d+dy y/2)/2)包层不圆度包层不圆度包层不圆度包层不圆度(|d(|dmaxmax-d-dminmin|/d)|/d)涂层外径涂层外径涂层外径涂层外径 包层包层包层包层/涂层同心度涂层同心度涂层同心度涂层同心度 光纤翘曲度光纤翘曲度光纤翘曲度光纤翘曲度 R RdxdyR R光纤的基本参数光纤几何尺寸参数典型值光纤几何尺寸参数典型值 纤芯直径纤芯直径纤芯直径纤芯直径(多模光纤多模光纤多模光纤多模光纤):纤芯直径纤芯直径纤芯直径纤芯
17、直径(单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤):纤芯纤芯纤芯纤芯/包层同心度:包层同心度:包层同心度:包层同心度:包层外径:包层外径:包层外径:包层外径:包层不圆度:包层不圆度:包层不圆度:包层不圆度:涂层外径:涂层外径:涂层外径:涂层外径:包层包层包层包层/涂层同心度:涂层同心度:涂层同心度:涂层同心度:62.5/5062.5/50 mm 8 81010 mm 1.01.0 mm 125125 mm 2 2 mm 2%2%245245 mm 1010 mm 1515 mm 光纤翘曲度:光纤翘曲度:光纤翘曲度:光纤翘曲度:2m2m光纤的基本参数光纤的光学及传输特性参数光纤的光学及传输特性参数 衰减系
18、数衰减系数衰减系数衰减系数 色散系数色散系数色散系数色散系数 截止波长截止波长截止波长截止波长 弯曲损耗弯曲损耗弯曲损耗弯曲损耗 偏振模色散偏振模色散偏振模色散偏振模色散 模场直径模场直径模场直径模场直径光纤的基本参数定义:定义:定义:定义:高斯分布的单模光纤,模场直径是高斯分布的单模光纤,模场直径是高斯分布的单模光纤,模场直径是高斯分布的单模光纤,模场直径是光场幅度分布光场幅度分布光场幅度分布光场幅度分布1/e1/e处各点所围成圆的处各点所围成圆的处各点所围成圆的处各点所围成圆的直径,也等于光功率分布直径,也等于光功率分布直径,也等于光功率分布直径,也等于光功率分布1/e1/e2 2处各处各
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- 光纤通信 原理 基础知识
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