光学产品基础知识

光学基础知识2007.4.30大纲:一、光通讯定义二、光通讯工作波段三、光通讯优越性四、通讯的发展五、常见的光无源器件六、常见的光有源器件七、基本光学参数八、光纤简介九、Connector简介一、光通信定义通信:就是互通信息，相互传递信息。信息的含义很广，声音是信息，图象是信息，数据也是信息。光通信：是指以激光作为载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。它有传输性能优异，传输带宽极大等特点二、光通信工作波段-1电磁波频谱图可见光波射线射线紫外线红外线微波无线电波10-1210-1010-810-610-410-21102波长(m)光通信所使用的范围在800~1600nm的近红外区内，具体波长为850nm、1300nm、1310nm、1550nm。（另见光纤衰减谱）二、光通信工作波段-2三、光通信优越性-11）尺寸小、重量轻、成本低，便于运输和敷设。2）光纤不怕电磁干扰、防雷电；用于电力及铁道通信，交通。3）光纤衰耗极低、传输距离长；4）光纤具有极大的传输带宽，容量大，可适应各种业务要求。5）光纤通信传输质量好、信号串扰小、保密性好。6）耐化学腐蚀，适用于特殊环境。7）原料资源丰富，节约有色金属。三、光通信优越性-21、光通信主要优点例：容量大红光频率：=5×1014Hz，标准电话频带宽度：=4×103Hz按频分复用，能容纳话路为：N=/=1.25×1011光纤与电通信传输介质的特性比较：传输介质带宽衰减系数中继距敷设安装接续（MHz）（dB/km）（km）对称电缆620(4MHz)1~2方便方便同轴电缆40019(60MHz)1.6方便较方便微波波导40~120210特殊特殊光纤光缆100000.2~350方便特殊四、光通信的发展1966年美籍华人高锟和Georgo.A.Hockham提出光纤通信概念。1970年美国康宁公司的马勒等人首先研制出衰耗为20dB/km的光纤。1976年发现光纤衰减的两个窗口：1310nm，1550nm。1980年1550窗口衰减降至0.20dB/km，接近理论值。80年代初多模光纤通信系统已经投入商用，单模光纤通信系统也进入了现场试验。1983年在我国，连接武汉三镇的8Mb/s系统的投入使用。目前光通信的各项技术（光纤光缆、器件、系统）已非常成熟。光通信逐步向系统高速化、网络化，光纤长波长化，光缆纤芯高密化，器件集成化等方向发展。向长波长化，集成化方向发展有源器件---无源器件不依靠外加电源（直流或交流）的存在就能独立表现出其外特性的器件就是无源器件。否则就称为有源器件。五、常见的光学无源器件-11、跳线（Jumpercable)单模：黄色多模：桔色通常为2m五、常见的光学无源器件-22、耦合器（Coupler)（Splitter)五、常见的光学无源器件-3光分路器（Splitter）的结构五、常见的光学无源器件-4(FiberArray)FiberArray五、常见的光学无源器件-5隔离器（Isolator)只容许光单向传播五、常见的光学无源器件-6波分复用器（WDM-WavelengthDivisionMultiplexers）WDC：WavelengthDependentCoupler五、常见光学无源器件-7(AWG)密集波分复用器DWDM(DenseWDM-WavelengthDivisionMultiplexers)------光栅，薄膜，平面波导（AWG）AWG图片五、的常见的光学无源器件-8(Filter)DOCColorFilter图片五、常见的光学无源器件-9光交叉复用器：OXC---Opticalcrossconnect可调衰减器：VOA---VariableopticalattenuatorOXC图片OXC图片何为OXC?---路由器OXC是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管的多功能OTN传输设备，对于一般传输网络而言，OXC并不是一种必须的网元，其必要性和重要性取决于网络规模、规划者的保护/恢复策略和对网络可靠性的要求等各方面因素。但从整个传输网络看，为了提供网络必须的灵活配置能力和以较小的冗余代价(含线路和设备)具备必要的保护/恢复功能，则必须在网络中配置OXC设备，而且一旦在网络中采用了OXC设备，其在网络中必然处于中心地位，成为最核心的网元。OXC在网络中的基本用途OXC在网络中的基本用途是进行自动的业务疏导，着眼点在网络。其主要功能有：1.提供以波长为基础的半永久的交叉连接功能；2.对波长通道进行配置以实现对网络光纤资源的优化；3.当网络出现故障时，迅速提供网络的重新配置；4.根据业务量的变化优化网络；5.尽量允许运营者自由使用各种信号格式(即尽量保持网络的透明)。五、常见的光学无源器件-10其他重要的光无源器件(1)光开关switch(按工作原理分为:机械式(LB);磁光式(CL),电光式等等)(2)光环行器circulator.六、常见光有源器件光源:LED-------Light-emittingDiode、LASERDiode---LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiationTOSA，ROSA，PD光放大器（EDFA）(Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier)调制器驱动器七、基本光学参数-0损耗定义：衰减产生的原因：A、由吸收造成的损耗，吸收损耗时由于制造光纤的材料不纯所引起的，这些杂质包括过渡金属（Cr、Cu、Fe、Mn）离子和氢氧根离子（OH-）。B、由散射造成的损耗，是由光纤不均匀性所产生的散射引起的，与吸收损耗相比，散射损耗不存在光-热之间的能量转换。C、由光纤弯曲造成的辐射损耗。•=-10lg（P0/Pi）(dB)通光原理七、基本光学参数-11、插入损耗：IL---InsertionLoss2、回波损耗：RL---ReturnLoss七、基本光学参数-2IL测量七、基本光学参数-3RL测量七、基本光学参数-43、方向性：DIR---Directivity4、过盈损耗：EL---ExcessLoss七、基本光学参数-55、损耗一致性：ILUniformity:ILmax-ILmin6、波长依存损耗：WDL:WavelengthDependentLossWDL9.49.69.81010.210.41260nm1360nm1460nm1560nmWavelengthILCH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8七、基本光学参数-6PDL是光器件或系统在所有偏振状态下的最大传输差值。它是光设备在所有偏振状态下最大传输和最小传输的比率。PDL定义如下：PDL=-10log〔Tmax/Tmin〕其中Tmax和Tmin分别表示测试器件（DUT）的最大传输和最小传输。七、基本光学参数-67、温度依存损耗TDL:TemperatureDependentLossTDL(25℃~85℃)=TDL(85℃)-TDL(25℃)TDL(25℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(25℃)TDL(85℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(85℃)七、基本光学参数-7(FiberDispersion)光纤的色散:FiberDispersion光纤的色散，有时又称为色度色散，是指单位长度内基模的群时延随波长的变化率。与通常所说的色散概念不同。描述色散的参数是色散系数，它的单位是ps/km.nm，其中ps代表10-12秒。它是引起光脉冲的波形产生失真、畸变，使光脉冲的宽度变宽（幅值也随之下降）的主要原因。尤其是在大容量高速率的时候。光纤的色散有三种：材料色散、波导色散以及模间色散。材料色散是由制造光纤材料的折射率n随波长λ变化而产生的；波导色散则是由于光纤结构尺寸a/λ随波长λ变化而产生的。材料色散和波导色散是同一个模内不同波长的色散，而模间色散（存在于多模光纤中）是同一波长不同模之间的色散。一般情况下，模间色散最大，材料色散次之，波导色散最小。七、基本光学参数-8(FiberDispersion)七、基本光学参数-98、偏振模色散：PMD---PolarizationModeDispersion•是指基模的两个正交偏振模在传输过程中，•由于纤内的残余应力等作用，而引起群时延差。随着光纤中继距离的增长以及传输速率的提高，偏振模色散（PMD）显得日益重要了。•PMD值：是一种统计随机规律的参数，它有两种定义：•用平均群时延差来表示，其单位为：ps/km•用两个偏振模的传输时间的均方根差来表示，其单位为；ps/√km七、基本光学参数-109、工作波段：OperatingBandwidth@0.5dB/1dB/3dB七、基本光学参数-1110、中心波长：CenterWavelength11、串扰：Crosstalk=XTAX:AdjacentChannelXTAX-:LeftChannelXTAX+:RightChannelXTNX:Non-adjacentchannelXTTX:TotalXT12、截止波长：Stopband---Bandwidth@/20dB/40dBRippleCoherentTotalXTTotalChannelCrosstalk,TX示意图八、光纤简介光纤的定义光纤是光导纤维(OF：OpticalFiber)的简称，在光通信系统中常常将OpticalFiber(光纤)又简化为Fiber。光纤实际是指由透明材料作成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料作成的包层所被覆，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。光纤的成分(一般)通信光纤的主要是由高纯度石英组成光纤结构光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯、中间为低折射率硅玻璃包层、最外是加强用的树脂涂层八、光纤简介纤别ITUIEC小类阶跃型、梯度型50/125、A1a62.5/125A1bG652非色散位移光纤B111550nm低损耗光纤B12G653色散位移光纤B2G654截止波长位移光纤G655非零色散位移光纤G651多模光纤单模光纤B4光纤的分类1:(一)按纤芯折射率的分布来分:阶跃型光纤/梯度型光纤/环型光纤/W型光纤。(二)按传导模式来分：多模光纤/单模光纤/特种光纤(三)按光纤的构成材料来分：硅酸盐光纤/氟化物光纤/塑料光纤/液体光纤ABAB说明八、光纤简介-光纤分类2八、光纤简介-光纤分类3G652B:SMF28G652C:SMF28e(无水峰光纤）八、单模光纤结构八、光纤制作---预制棒八、光纤制作---拉丝八、光纤通光原理1八、光纤通光原理2几何特性_多模光纤:纤芯直径(50/62.5)±3.0µm包层直径125.0±1.0µm纤芯不圆度6%包层不圆度1%芯径/包层不圆度6%涂层直径245±10µm几何特性_单模光纤芯径不圆度6%包层直径125±1µm包层不圆度1%模场同心度偏差0.8µm涂层直径245±10µm涂层不圆度5%涂层/包层同心度偏差12µm技术规范_多模光纤芯径标称值(μm)50.0±3.062.5±3.0数值孔径0.20±0.020.275±0.015衰减系数(dB/km)850nmAB≤2.3≤2.5AB≤2.6≤3.01310nm≤0.5≤0.7≤0.6≤0.8传输带宽(MHZ.km)850nm≥400≥500≥200≥4001310nm≥800≥1000≥600≥1000技术规范_单模光纤波长(nm)AB衰减13100.35dB/km0.40dB/km15500.22dB/km0.25dB/km模场直径13109.3±0.5μm155010.5±1.0μm色散系数(ps/km.nm)1285~1339≤3.51550≤18截止波长1260±70nmPMD0.2ps/√km机械特性多模光纤