光纤传输技术基础.ppt

第16讲 光纤传输技术基础 一、教学内容 光纤传输技术基础 二、教学目的 1、了解激光与激光器 2、熟练掌握光纤与光缆的结构与性能参数 三、教学重点和 难点 重点：光纤与光缆的性能参数。 难点：激光器。 一、激光与激光器 激光的定义 激光LASER是“受激辐射的光放大”的简称。 光的辐射过程： 受激吸收 自发辐射 受激辐射 1、三种辐射过程 受激吸收：处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态； 自发辐射：高能态的原子自发地辐射出光子并迁移至低能态。 受激辐射：处于高能级的原子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出一个和入射光子同样频率的光子。 受激辐射的最大特点是由受激辐射产生的光子与引起受激辐射的原来的光子具有完全相同的状态。 2、产生激光的三个条件 必要条件 实现粒子数反转（受激辐射占据绝对优势）：高能态的粒子数N2远大于低能态的粒子数N1，即受激辐射作用远大于受激吸收作用。通过外界不断供给能量，促使低能态的粒子尽快跃迁的过程称为激励或泵浦过程。 充分条件 满足阈值条件：受激辐射放大增益大于激光器内各种损耗。 满足谐振条件：谐振腔对输出的激光有一定的选频作用。 3、激光的宝贵特性 （1）单色性 ：光谱线宽愈窄，光源的单色性愈好。 （2）方向性 ：散射角非常小（毫弧度），高度定向传播。 （3）相干性：时间相干性是指空间上同一点的两个不同时刻的光场振动是完全相关的，有确定的相位关系；空间相干性是指在整个光束截面内任意两点间的光场振动有完全确定的相位关系。 （4）瞬时性：光脉冲的可压缩性，脉冲愈窄，数字通信的容量就愈大。 二、光纤 光纤（Fiber）：利用纤芯、包层的相对折射率差，对光产生一定的“壁垒”作用，从而防止光逸出的导光纤维（SiO2）石英玻璃。 特点： 依靠光波（电磁波）承载信息； 高传送速率，通信容量大； 传输损耗小，适合长距离传输； 抗干扰性能好，必威体育官网网址性好； 轻便。 二、光纤 光纤的结构: 纤芯（光密媒质，传导光波），包层，纤外涂覆层和塑料保护层。 光纤的模式：表示光纤中电磁场（传导模）沿光纤横截面的场形分布和沿光纤纵向的传播速度。 光纤的三个低损“窗口”：850nm、1310 nm、1550 nm。 二、光纤 光纤的性能 1、光纤结构和分类 光纤结构 四个组成部分： 纤芯（光密媒质，传导光波）采用二氧化硅掺以锗、磷等材料制成，呈圆柱形。 包层（光疏媒质，将光波封闭在光纤中传播）用纯二氧化硅制成，它将光信号折射到纤芯中。 纤外涂覆层 塑料保护层 1、光纤结构 2、光纤分类 按横截面的折射率分布分：突变型和渐变型 按传输模式分：多模（MMF）和单模（SMF） 工作波长:紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85pm、1.3pm、1.55pm）; 折射率分布：阶跃型、近阶跃型、渐变(GI)型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）; 原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等; 突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤分类特点 3、光纤的三个“窗口” 4、光纤传输特性 耦合效率 发光二极管LED：5%-15% 激光二极管LD：30%-80% 光纤的衰减 光纤的三个低损窗口： λ=850nm、1310nm、1550nm。 5、光纤衰减与波长的关系 6、光纤的损耗(Loss) 用途：描述光信号在光纤中传输能量的损失程度。 种类：损耗主要有吸收损耗、散射损耗和辐射损耗， 参数：可用损耗系数α[dB/km]来衡量， 损耗系数α定义：单位距离(公里)光信号能量衰减的分贝值。 α [dB/km] =（1/L） [ P2 （ dB ） -P1 （ dB ） ] 光纤的三种衰减损耗 吸收损耗-材料中粒子吸收传导光能，产生振动发热，结果电子受激传导光失去能量。包括本征固有吸收损耗和杂质吸收损耗。 散射损耗-光通过密度或折射率不均匀的物质时，传导光产生散射(非传播方向上的辐射)造成传导光失去能量。包括瑞利散射损耗和波导结构缺陷散射损耗。 辐射损耗-也称附加损耗，是在成纤之后光纤的微弯曲所产生的光辐射所造成的传导光能量损失。包括光纤弯曲损耗和光纤微曲损耗。 7、光纤的色散 色散：输入光信号中不同频率或不同模式光的传播速度不同，不同时到达输出端，使输出波形展宽变形、失真的现象。 （波形的顶部降低变平，底部展宽） 色散对传输的影响：限制了光信号一次传输的距离；减少了传输的信息容量；与光源的调制特性一起产生组合二次失真（CSO） 色散系数 D =