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光纤通信基础知识 作 者:王 勇 光纤通信的优点 通信容量大 中继距离长 不受电磁干扰 资源丰富 光纤重量轻、体积小 光通信发展简史 2000多年前 烽火台——灯光、旗语 1880年 光电话——无线光通信 1970年 光纤通信 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。 电磁波谱 光的基本知识 光是一种电磁波 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 光的基本知识 光纤的结构 光纤的结构 纤芯 core:折射率较高,用来传送光; 包层 coating:折射率较低,与纤芯一起形成全反射条件; 保护套 jacket:强度大,能承受较大冲击,保护光纤。 3mm光缆 橘色 MM 黄色 SM 常见光纤名词 数值孔径(Numeric Aperture)NA=SIN θ 常见光纤名词 光纤的尺寸 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。 光纤的分类 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 光纤的损耗 1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/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1310nm 0.4~0.6dB/km1550nm 0.2~0.3dB/km塑料多模光纤300dB/km 光纤的衰减 常见光纤名词 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:只发生在多模光纤,因为不同模式的光沿着不同的路径传输。 材料色散:不同波长的光行进速度不同。 波导色散:发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时,会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中,通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。 光纤类型 G.652零色散点在1300nm左右 G.653零色散点在1550nm左右 G.654负色散光纤 G.655色散位移光纤 全波光纤 常见光纤名词 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。 光纤系统基础知识 一、基本光纤系统的构架及其功能介绍: 1.发送单元:把电信号转换成光信号; 2.传输单元:载送光信号的介质; 3.接收单元:接收光信号并转换成电信号; 4.连接器件:连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。 光纤系统基础知识 二、基本光纤系统方框图: 常用连接器类型 常用连接器类型 常用连接器类型 连接头端面类型 无源器件 耦合器(coupler) 主要功能再分配光信号 重要应用在光纤网络 尤其是应用在局域网 在波分复用器件上应用 无源器件 耦合器(coupler) 基本结构耦合器是双向无源器件基本形式有树型、星型——与耦合器对应的有分路器(splitter) 无源器件 耦合器 以图形表示 无源器件 波分复用器WDM—Wavelength Division Multiplexer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。 无源器件 波分复用器(图例) 发送单元 接收单元 光放大器 光纤数字通信 数字系统中脉冲的定义: 光纤数字通信 1.振幅:脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。 2.上升时间:脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要的时间。 3.下降时间:脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时间。 4.脉冲宽度:脉冲在50%振幅位置的宽度,用时间表示。 5.周期:脉冲特定的时间,就是完成一个循环所需要的工作时间。 6.消光比:1信号光功率于0信号光功率的比值。 光纤数字通信 光纤通信中常用单位的定义: 1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin )
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