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《光纤通信》学习要点（陈柏年）

《光纤通信》学习要点

浙江传媒学院陈柏年

第⼀章概述

1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信⽅式。

2、光纤通信发展的两个关键问题：（1）合适的光源；（2）理想的传光媒介。

3、光纤通信发展的四个阶段。

4、光纤通信的五个优点：（1）传输容量⼤，（2）传输距离远，（3）抗⼲扰能⼒强，（4）重量轻，（5）寿命长。

5、光纤通信的四个应⽤：（1）通信⽹，（2）计算机⽹，（3）有线电视⽹，（4）光纤接⼊⽹。

6、光纤通信的三种分类⽅法：（1）按照传输信号类型分（模拟，数字），（2）按照光波长和光纤类型分（短波长多模，长

波长多模，1310nm单模，1550nm单模），（3）按照调制⽅式分（直接强度调制，外调制）。

7、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接⼝设备。

8、光纤通信的六个⽀撑技术：（1）光纤，（2）光源和光检测器，（3）SDH传输体制，（4）光放⼤器，（5）WDM复⽤

技术，（6）全光⽹络。

第⼆章光纤光缆

⼀、光纤

1、光纤的三层结构：（1）纤芯（core），（2）包层（coating），（3）涂覆层（jacket）。

2、光纤的分类

（1）按照光纤截⾯折射率分布：SIF，GIF；

（2）按照光纤中传输模式数量：MMF，SMF；

（3）按照按光纤的⼯作波长：短波长光纤，长波长光纤；

（4）按照ITU-T关于光纤类型的建议：G.651渐变型多模光纤，G.652常规单模光纤，G.653⾊散位移光纤DSF，G.654截⽌波

长光纤，G.655⾮零⾊散位移光纤（NZ-DSF）；

（5）按套塑（⼆次涂覆层）：松套光纤，紧套光纤。

⼆、光的两种传输理论

1、光的射线传输理论-⼏何光学法

（1）满⾜斯奈⽿反射和折射定律：利⽤光的折射和全反射原理将光波封闭在光纤中传输。

（2）⼏何导光原理：光纤是利⽤光的全反射特性导光；

（3）阶跃折射率光纤的临界⾓θc（只有在半锥⾓为θ≤θc的圆锥内⼊射的光束才能在光纤中传播）

（4）数值孔径NA：临界⾓θc的正弦。表⽰光纤接收和传输光的能⼒，NA=0.18～0.23。

2、光纤波动传输理论-麦克斯韦波动⽅程法

（1）光纤模式：满⾜边界条件的电磁场波动⽅程的解，电磁场的稳态分布。光纤中光的传播常数决定电磁场分布形式（模

式）。

光纤中可能存在的模式有横电模TE、横磁模TM及混合模HE和EH等四套模式。

（2）归⼀化频率V：⼀个求解贝塞尔⽅程中引⼊的重要综合参数。光纤模式数⽬M取决归⼀化频率V的限定。传输模式数⽬随

V值的减⼩⽽减少。

（3）单模传输条件（截⽌条件）：当V2.405时，光纤中传播的只有唯⼀HE11(LP01)⼀个基模存在，其余模式全部截⽌。

（4）截⽌波长λc：光纤中光不能传播的最短波长。只有当λλc时，光纤中才是单模传输。

（5）模场直径W0：纤芯中场分布曲线最⼤值1/e处所对应的宽度。

四、光纤传输特性

1、光纤损耗

（1）损耗系数α：单位距离（1公⾥）光信号能量衰减的分贝值。

（2）光纤损耗的机理

①吸收损耗：粒⼦吸收传导光能量。

②散射损耗：⾮传播⽅向上的散射造成传导光失去能量。

③辐射损耗：微弯曲所产⽣的光辐射造成传导光能量损失。

（3）光纤的三个低损窗⼝：850nm、1310nm、1550nm。

2、光纤⾊散

（1）⾊散：不同的电磁波以不同的相速度和群速度在介质中传播的物理现象，是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光

的时间延迟不同⽽产⽣的⼀种物理效应。

（2）⾊散系数D：单位波长间隔（1纳⽶）的光经单位距离（1公⾥）光纤后的时延值。

（3）光纤⾊散种类

①模间⾊散：不同模式的相移常数不同。

②材料⾊散：光纤材料折射率随传输光波波长⽽变化。

③波导⾊散：光纤波导参量的不同形成信号波长范围内不同的群时延差。

（4）⾊散补偿⽅案：零⾊散波长光纤，⾊散位移光纤DSF，⾊散平坦光纤DFF，⾊散补偿光纤DCF，⾊散补偿器。

3、单模光纤

（1）G.652光纤（STD常规单模光纤／标准单模光纤）：零⾊散波长1310nm，⼯作波长1310/1550nm。

（2）G.653光纤（DSF⾊散位移光纤）：零⾊散波长1550nm，⼯作波长1550nm，单信道长距离传输。

（3）G.654光纤（截⽌波长光纤／低损耗光纤）：零⾊散波长1310nm，⼯作波长