光通讯基础知识

光通讯基础知识(FiberHandbookTechnologyData)光纤通信的优点通信容量大、传输频带宽传输衰减少、传输距离长信号串扰小、传输质量高抗电磁干扰、保密性好光纤重量轻、体积小，便于运输和敷设耐化学腐蚀，适用于特殊环境原料资源丰富节约有色金属光纤通信发展史1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。光的基本知识光具有波粒二象性，具有电磁波的一般特性可见光350nm—750nm光纤通信所用的波长800——1600nm光的反射、折射全反射光的基本知识n1n2n1n2θ1θ2θ3入射折射反射视觉位置实际位置空气水光的基本知识n1n2n1n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2光纤的结构纤芯包层保护套光纤的分类按材料分类：玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同玻璃光纤差不多，成本较低；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。按照光纤的模式分类单模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率分类阶越光纤渐变折射率光纤光纤的分类光纤的损耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纤熔接点损耗：0.2dB/点光纤熔接点1点/2km常见光纤名词衰减：光在光纤中传输时的能量损耗单模光纤1310nm0.35~0.5dB/km1550nm0.2~0.3dB/km塑料多模光纤300dB/km4.光纤的防护原则1）不要让光纤接触地面或任何被污染的区域（保持车间和工作台的清洁）2）在生产的全过程当中不要使光纤受到压力或损伤3）避免把光纤绕成很小的圈（过于弯曲将导致纤芯断裂）4）若光纤被污染及时用酒精擦除5）不要用手指接触去皮的裸纤6）避免管壁与桌子的角与光纤接触以免被划破7）不容许留长指甲，手上不能佩带首饰8）在显微镜下检查光纤器件端面时，光纤受弯曲半径不易过小9）不要将光纤缠绕在一起，散、绕光纤时要顺序的缠绕、自然的摆放10）操作染色笔时细心，如有染色，及时用酒精擦除光纤的弯曲度1）250um光纤绕圈直径不得小于60mm2）有特殊要求的以具体的操作指导书为准光纤的正确绕法五指弯曲使弯曲面大致组成一个圆形缠绕面，将待缠绕器件置于掌心沿着缠绕面进行缠绕。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光纤通信传输信号的转换EOEO信号输入信号输出发送端接收端光纤光在光纤中的前进方式光在光纤中的前进方式并不是直线投射，而是靠有角度不停的折射传输光源光纤光线的散射损耗光在前进当中会因为光纤中的杂质、气泡或因光纤外覆层的不均匀等因素，产生散射损失光纤Loss(dB/km)21.510.50160015001400130012001700WaveLength(nm)气泡覆层界面不均匀杂质无源光器件简介是一种光学元器件工艺原理遵循光学的基本原理，即光线理论以及电磁波理论光通信设备的重要组成部分工艺涉及多种加工工艺，特别复杂光无源器件主要分为以下几种光纤连接器（Connector）光耦合器件（Coupler）光衰减器（Attenuator）光隔离器（Isolator）光开关（switch）光纤准直器（FiberCollimators）光环形器（Circulator）偏振光合束器(PBC)1.连接器（Connector）基本原理光纤连接器的基本原理是采用某种机械和光学机构，使两根光纤的纤心对准，保证90％以上的光可以通过。光纤连接器是光学元器件中的基础元件，除了实现光纤之间的连接外，它还具有将光纤光缆、有源器件、其他无源器件、系统与仪表实现连接的功能。产品图片尾纤跳线双芯插接线束状跳线光纤带尾纤松套管尾纤产品分类---按用途FC端头SC端头ST端头D4型端头MT-RJ端头LC端头产品分类---按插头物理形状光纤纤芯光纤陶瓷插针体套筒PC(UPC)端面互相接触连接器APC端面互相接触连接器端头物理形状—端面结构光纤纤芯光纤陶瓷插针体套筒使用光缆情况按照光纤种类分类单模光纤(G.652光纤、G.655光纤、其它新设计的光纤)多模光纤(50/125m、62.5/125m、千兆/万兆比特多模光纤)特种光纤(色散补偿光纤、高衰减光纤等)按照使用光缆类型来分类：单芯光缆(0.9mm、2.0mm、2.4mm、2.9mm)以2.9mm为主,行业也称号3.0mm.容量为90%.其次是0.9mm,2.0mm用于LC或MU.双芯光缆(双芯并联式ZIPCORD、DFX双联紧套光缆、MIC双芯光缆)以2.4mm为主,市场容量为5%.束状光缆(Fanout紧套光缆、MIC紧套光缆),多芯结构极少使用水平布线光缆或垂直布线光缆(MIC紧套光缆).多芯结构极少使用松套管光缆及光纤带光缆,0.9mm的中空管穿管.相关标准主要相关指标IEC60874TIA/EIA568BellcoreGR326-COREJISC5970&5973插入损耗回波损耗环境试验机械试验GB/T12509YD/T895YD/T896YD/T897YD/T826FC光纤连接端头适用于长途及本地电信网络按照BellcoreGR-326-CORE,Issue3规范设计和测试完全符合JISC5970技术规范耐用镀镍黄铜零部件和螺纹锁紧结构使用标准FC适配器适配器适用于高密度设备内部连接按照BellcoreGR-326-CORE,Issue3规范设计和测试完全符合JISC5973技术规范插拔式闭锁结构能组合成双头并联包装形式使用标准SC适配器SC光纤连接端头APC光纤连接端头适用于模拟及CATV网络高精度插芯和部件组合体可用于SC和FC端面形式符合IEC规范要求连接器端面带斜8°角低反射损耗及低插入损耗APC端面的结构主要用于CATV网络,由于采用斜角对接,连接器有更高的回波损耗,这样有利于模拟信号的传输.中国采用8°斜角,美国采用9°斜角.注意ST结构没有APC端头结构LC光纤连接端头适于光传输网络和配线架采用1.25mm陶瓷插芯，所占位置高密度低回波损耗及极低插入损耗LC是原Lucent专门为高密度光传输设备开发的小尺寸单模光纤连接器,采用更小的陶瓷插针,在北美成为行业标准.并有望未来在中国成为新的标准结构ST光纤连接端头适用于本地电信网络高精度氧化锆陶瓷插芯耐用组合五金零部件卡口旋转连接耦合方式ST组合连接器设计使用标准ST适配器ST是FC的经济适用性,但卡口旋转显然没螺纹锁紧可靠.主要用于接入端和用户线中.在美国比较流行,在我国由于连接器本身就价廉,实际应用并不多.注意上下图采用不同的光缆,因此尾套也不相同.MT-RJ光纤连接端头适于光传输接入网络,特别是多模光纤系统,属于即插即拔系统小尺寸端面设计,低回波损耗及极低插入损耗MT-RJ是康宁,AMP,Molex,西蒙和藤仓等十三个厂家共同推荐的插头形式,特点是结构简单且价廉.现场端接简单快捷.MPT和DFX光纤连接端头适于各种光传输网络采用1.25mm陶瓷插芯，所占位置高密度允许使用扁平光纤带低回波损耗及极低插入损耗用于设备内部连接和互连的理想设计不同颜色的连接器分支以便于光纤识别紧凑、耐用的双芯结构(2.5mm光缆直径)便于光纤管理并减少配线部件上的堵塞现象适于光传输网络和配线架采用1.25m陶瓷插芯，所占位置高密度低回波损耗及极低插入损耗MU和E-2000光纤连接端头日本人的多纤连接解决方案,具有密集度高,模块式设计,面版设计简单等优点.在日本应用广泛.E-2000欧洲设计的小尺寸连接器:适于光传输网络和配线架采用1.25m陶瓷插芯，所占位置高密度极低回波损耗及极低插入损耗适合各种光纤和端头形式,完全是工艺品,价格极高.跳纤类型LC—LCSC—FCST—FCSC—SCSC—LC2.光耦合器（Coupler）光（纤）耦合器（coupler）在光通信技术中，光耦合器就是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件耦合机理：（单模光纤耦合器）耦合即是入射光功率在熔融拉锥区域进行功率再分配，一部分通过“直通臂”继续传输，另一部分由“耦合臂”传到另一光路。基本原理是：当光线输入进入熔锥区输入端时，由于纤芯的不断变细，入射角度也不断变大，当超过全反射的角度临界点时，会有部分的光功率会逸出“输入臂”熔锥区的光纤包层，这时光功率是以包层作为芯，纤外介质（空气）作为新的复合波导中传播的；在输出端，随着纤芯变粗，入射角度逐渐变小，光功率被两个纤芯以特定的比率捕获。耦合机理示意图(1X2Single为例)耦合区单模输入光（小角度单一路径）背散射臂输入臂入射角度变大逸出折射光耦合臂形成新的全反射直通臂主要性能技术指标1、插入损耗2、附加损耗（ExcessLoss）：全部输出端口功率总和相对于全部输入功率总和的减少值3、分光比（CouplingRatio）：耦合器各输出端口的输出功率的比值4、方向性（Directivity）：输入侧注入光一端的输出光功率与全部注入功率的比较值5、均匀性（Uniformity）:在器件工作带宽范围内，各输出端口输出光功率的最大变化值6、偏振相关损耗（PolarizationDependentLoss）当传输光信号偏振态发生360度变化，器件各端口输出光功率最大变化量7、隔离度（Isolation）：光纤耦合器件某一光路对其他光路中光信号的隔离能力光耦合器分类：光纤耦合器按其传导光模式的不同可分为单模光纤耦合器和多模光纤耦合器；从功能上分，可分为光功率分配器（Splitter）以及光波长分配耦合器（WDMCoupler）。从端口形式上划分，它包括X形（2*2）耦合器、Y形（1*2）耦合器、星形（N*N，N＞2）耦合器及树形（1*N，N＞2）耦合器等；从工作带宽的角度划分，它可分为单工作窗口的窄带耦合器（StandardCoupler）、单工作窗口宽带耦合器（WavelengthFlattenedCoupler）和双工作窗口的宽带耦合器（WavelengthIndependentCoupler）.光功率分配器（Splitter）光波分复用器（WDM）波分复用技术是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。这样大大提高了单模光纤的带宽利用光波分复用器是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。光波分复用器件的一个端口，作为器件的输出/输入端，N个端口作为器件的输入/输出端。P0(0#端口)1P1端口2P2端口nPn端口波分复用器在一条光纤中传输多个光信号，这些光信号频率不同，颜色不同。波分复用器就是要把多个光信号耦合进同一根光纤中；解波分复用器就是从一根光纤中把多个光信号区分出来。波分复用器（图例）λ1传送器λ2传送器λ1+λ2λ1+λ2λ1接收器λ2接收器光波分复用器件技术指标（仅指单模光纤WDM器件）复用中心波长：信道通道带宽：±20nm，指允许的中心波长范围的变化。插入损耗：指器件输入端和对应的输出端光功率的减小值。隔离度：指器件输出端口的光进入非指定输出端口光能量大小。光回波损耗：指光信号从指定端口输入时，由于器件引起反向回传的光能量。偏振相光损耗：指光信号以不同的偏振状态输入时,对应输出端口插入损耗最大变