通信技术概论 第六章 光纤通信

第6章光纤通信本章内容l光纤通信概述l光纤与光缆l光纤通信系统光纤通信指利用光导纤维(简称光纤)传输光波信号的一种通信方式。电磁波：长波、中波、微波¤、红外线、可见光、紫外线。使用光(激光器)信号，使用光缆作为传输介质。波长是0.8～1.8μm衰减的单位dB(分贝)：描述功率相对比值的单位dB=10log10(Pout/Pin)Pout：输出功率；Pin：输入功率dBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位dBm=10log10(P/1mw)1mw=0dBm20mw=13dBm40mw=16dBm6.1光纤通信概述发展史光电话：1880年贝尔(通信距离213m)光源：激光器梅曼(1960)美国贝尔公司(1970)半导体激光器传光介质：光纤高锟(1966)美国康宁公司(1970)低损耗光纤工作波长0.85μm、1.31μm和1.55μm光纤通信特点通信容量大光载波频率在1014～1015Hz传输距离长20dB/km，即可实现通信目前损耗0.2dB/km抗电磁干扰体积小、重量轻机械强度低商用的光纤通信系统1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。两根(直径0.1mm左右)光纤，同时开通8000路电话！到1990年，光纤系统发展了几代(通信业务40%)由多模光纤(70年代)过渡到单模光纤(80年代)由短波长(0.85μm)过渡到长波长(1.31μm)信息传输的容量和速率大大提高。90年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通1250000路电话。6.2光纤与光缆1.光纤的结构石英玻璃、塑料或晶体纤芯(折射率大)和包层全反射光纤直径纤芯(Core)62.55mm125mm包层(Clad)Core8mm125mmClad85μm多模单模人的头发光纤的分类按工作波长：短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm)按传输模式：多模光纤和单模光纤按折射率分布：阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型按材料：石英光纤、塑料光纤等几种新型光纤：色散位移光纤(DSF)、非零色散光纤(NZDF)、色散平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤(DCF)等ITU-T建议的光纤分类G.651光纤：计算机局域网或接入网G.652光纤：应用最广的单模光纤G.653光纤：较少采用G.654光纤：弯曲性能好G.655光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统2.光缆按芯数分为单芯、双芯、多芯按结构分为层绞式、骨架式、带状等按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等按用途分为通信用光缆和非通信用光缆加强元件加强元件加强元件加强元件加强元件光纤3.光传播的基本知识n1n2n1n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2产生全反射的条件：n1n290ºθ临界角光纤的传光原理(全反射)阶越型光纤性能参数相对折射指数差：数值孔径(NA)：2122212nnnθ接收锥2221sinnnNA4.多模光纤62.5/125μm的光纤在保安行业中应用最普遍典型距离达5英里用于：CCTV门禁控制系统内部通讯多模MMF5.单模光纤无限带宽8~10μm典型距离超过5英里用于：长途电信长途电视监控及多路切换共用天线电视系统单模SMF单模光纤和多模光纤比较项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二极管信号衰减小大端接较难较易造价高低光纤的主要损耗损耗吸收损耗：OH-和金属离子散射损耗：其他损耗：光纤连接、弯曲光损耗与波长光损耗单位：dB/km与波长有关单模损耗小波长又称为窗口波谱的红外部分起作用00.511.522.533.585013001550MMSM光纤损耗主要存在的地点光纤本身：与长度和类型有关1310nm：0.35~0.5dB/Km1550nm：0.2~0.3dB/Km850nm：2.3~3.4dB/Km光纤连接点：0.2dB/点·2Km设备处：3dB光纤的衰减光纤的衰减图0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnmOH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值654321近端远端信号传播光纤色散(Dispersion)光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。模间色散材料色散波导色散散射由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线缺陷6.3光纤通信系统发送单元：把电信号转换成光信号传输单元：载送光信号的介质接收单元：接收光信号并转换成电信号连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤器件有源光器件光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。无源光器件光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。1.激光器(光发送机)半导体激光器和发光二极管半导体激光器阈值特性光谱特性温度特性转换效率2.常用连接器类型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack常用连接器类型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType3.光纤熔接机4.光电检测器(光接收机)PIN和APD响应时间暗电流光纤系统方框图信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号E/O转换光纤O/E转换发送单元传输单元接收单元连接器件光中继器作用：放大衰减了的光信号光-电-光转换半导体光放大器半导体光放大器光输入光输出控制电流光纤通信码型要求必须是二电平码！信号自带定时信息提供一定的冗余传输光通信技术发展延长中继距离光放大器(EDFA)外调制器(电光晶体LiNbO3)色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)提高通信容量时分复用技术(TDM)波分复用技术(WDM)光频分复用(OFDM)：载波间隔1nm波分复用光发射机1光发射机2光发射机N合波器光发射机1光发射机2光发射机N光功率放大（BA）光线路放大（OA）光线路放大（OA）分波器光前置放大（PA）12N12N12N…..…..…..发送端接收端量子超光速通信相对论和量子理论之间的矛盾幽灵式的超距作用，粒子间的心灵感应。只有思维比光更快1994年，人脑之间存在量子超光速影响！