第七章_光纤通信-(精选·公开·课件).ppt

光纤通信 ;光纤通信系统 ;概述 ;光纤通信发展简史;频带宽,通信容量大 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信系统达400GHz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一路彩色电视约占6MHz频带 损耗低,无中继距离长 铜缆的损耗特性与铜缆的结构尺寸及所传输信号的频率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透明度)有关,高质量望远镜的镜头损耗超过500dB/km,目前通信用光纤的最低损耗达0.2 dB/km;具有抗电磁干扰能力 光导纤维是绝缘体材料,不受输电线,电气化铁路及高压设备等电器干扰,可以与高压电线平行架设,还可制成复合光缆 光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰 和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强。 必威体育官网网址性好 通信质量高;节约有色金属，原材料资源丰富 光纤的主要成分是SiO2资源十分 丰富。 电缆的主要成分是Cu, Al等有色金属，资源有限，可节约大量金属。 线径细，重量轻，柔软 可制成大芯数高密度光缆 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机上 ;缺点; 1977年，第一根短波长(0．85um)阶跃型石英光纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。 1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤。 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。 1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。 ;; 1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。 1997年，研制出G.655非零色散位移光纤。成都——攀枝花22Mb/s SDH光传输工程通过邮电部鉴定验收。 1998年，海口——三亚5Gb/s光传输系统工程通过邮电部鉴定验收，该工程全长322km，仅在万宁设一个中继站，海口——万宁的中继距离为172km 。 1999年，8×2.5Gb/s DWDM系统通过国家验收。 ;光的传播;频率（Hz）;光纤通信系统的基本组成 ;光纤与光缆 ;光纤导光的原理 ;通信用光纤、光缆;光纤的结构; 光缆中的光纤一般是指经过两次涂覆后的光纤芯线，它的剖面结构如图所示。 ;光纤的种类; 按照折射率分布不同来分: 通常采用的是阶跃型光纤和渐变型光纤两种。 (1) 阶跃型光纤 (2) 渐变型光纤 ; 按照传输的总模数来分:  所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式。模式不同，其分布不同，根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤(SM - Single mode fiber)和多模光纤(MM – Multi-mode fiber)。; 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗。 光纤本身损耗的原因，大致包括两类：吸收损耗和散射损耗。 ; 吸收损耗是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，造成光功率的损失。 散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射，由此产生的损耗为散射损耗。;  由于光纤中色散的存在，会使得输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量和传输距离。 ;光纤色散的概念 简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不同频率成分或不同的模式，在光纤中传输时，由于速度的不同而使得传播时间不同，因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸变的一种现象。 从光纤色散产生的机理来看，它包括模式色散、材料色散和波导色散三种。在单模光纤中只有基模传输，因此不存在模式色散，只有材料色散和波导色散。; 在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，各自的相位常数βmn不同，群速不同，模式之间存在时延差，这种色散称为模式色散。 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成分的群速不同，引起的色散称为材料色散。 由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善，使得光波一部分在纤芯中传输，而另一部分在包层中传输，由于纤芯和包层的折射率不同，这样造成脉冲展宽的现象，称为波导色散，或称结构色散。  ;在实际通信线路中，光纤通信用的光纤都经过了一次涂覆和二次涂覆的处理，经过涂覆后的光纤虽然 已具有了一定的抗张强度，但还是经不起施工中的弯折、扭曲和侧压等外力作用，为了使光纤能在各种环境中使用，必须把光纤与其他元件组合起