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1、第6章 光纤通信,本章内容l光纤通信概述l光纤与光缆l光纤通信系统,光纤通信,指利用光导纤维(简称光纤)传输光波信号的一种通信方式。电磁波：长波、中波、微波、红外线、可见光、紫外线。使用光(激光器)信号，使用光缆作为传输介质。,波长是0.81.8m,衰减的单位,dB(分贝)：描述功率相对比值的单位dB=10 log10(Pout/Pin)Pout：输出功率；Pin：输入功率dBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位dBm=10 log10(P/1mw)1mw=0 dBm20mw=13 dBm40mw=16 dBm,6.1 光纤通信概述,发展史光电话：1880年贝尔(通信距离213m)光源：激光器
2、 梅曼(1960)美国贝尔公司(1970)半导体激光器传光介质：光纤 高锟(1966)美国康宁公司(1970)低损耗光纤工作波长 0.85m、1.31m和1.55m,光纤通信特点,通信容量大光载波频率在10141015Hz 传输距离长20dB/km，即可实现通信目前损耗0.2dB/km 抗电磁干扰体积小、重量轻机械强度低,商用的光纤通信系统,1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。两根(直径0.1mm左右)光纤，同时开通8000路电话！到1990年，光纤系统发展了几代(通信业务40%)由多模光纤(70年代)过渡到单模光纤(80年代)由短波长(0.85m)过渡到长波长(
3、1.31m)信息传输的容量和速率大大提高。90年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通 1250000 路电话。,6.2 光纤与光缆,1.光纤的结构石英玻璃、塑料或晶体纤芯(折射率大)和包层全反射,光纤直径,纤芯(Core),62.5,5 mm,125,m,m,包层(Clad),Core,8,m,m,125,m,m,Clad,85m,多模,单模,人的头发,光纤的分类,按工作波长：短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm)按传输模式：多模光纤和单模光纤按折射率分布：阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型按材料：石英光纤、塑料光纤等几种新型光纤：色散位移光纤(D
4、SF)、非零色散光纤(NZDF)、色散平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤(DCF)等,ITU-T建议的光纤分类,G.651光纤：计算机局域网或接入网G.652光纤：应用最广的单模光纤 G.653光纤：较少采用G.654光纤：弯曲性能好 G.655光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统,2.光缆,按芯数分为单芯、双芯、多芯按结构分为层绞式、骨架式、带状等按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等按用途分为通信用光缆和非通信用光缆,加强元件,3.光传播的基本知识,n1,n2,n1 n2,n1,n2,临界角,900,临界角,n1,n2,全反射,入射角=反射角,1,2,产生全反射的条
5、件：n1n2 90临界角,光纤的传光原理(全反射),阶越型光纤性能参数,相对折射指数差：数值孔径(NA)：,4.多模光纤,62.5/125 m 的光纤在保安行业中应用最普遍典型距离达5英里用于：CCTV门禁控制系统内部通讯,5.单模光纤,无限带宽810 m典型距离超过5英里用于：长途电信长途电视监控及多路切换共用天线电视系统,单模光纤和多模光纤比较,光纤的主要损耗,损耗吸收损耗：OH-和金属离子散射损耗：其他损耗：光纤连接、弯曲,光损耗与波长,光损耗单位：dB/km与波长有关单模损耗小波长又称为窗口波谱的红外部分起作用,光纤损耗主要存在的地点,光纤本身：与长度和类型有关1310 nm：0.35
6、 0.5 dB/Km1550 nm：0.2 0.3dB/Km850 nm：2.3 3.4 dB/Km光纤连接点：0.2dB/点2Km设备处：3dB,光纤的衰减,光纤色散(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。模间色散材料色散波导色散,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。,6.3 光纤通信系统,发送单元：把电信号转换成光信号传输单元：载送光信号的介质接收单元：接收光信号并转换成电信号连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤,器件,有源光器件光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。无源光器件
7、光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。,1.激光器(光发送机),半导体激光器和发光二极管半导体激光器阈值特性光谱特性温度特性转换效率,2.常用连接器类型,SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack,常用连接器类型,FC Type,SC Type,SC2 Type,FDD Type,3.光纤熔接机,4.光电检测器(光接收机),PIN和APD响应时间暗电流,光纤系统方框图,信号,光发射机,光源,中继器,检测器,光接收机,信号,E/O转换,光纤,O/E转换,发送单元,传输单元,接收单元,连接器件,光中继器,作用：放大衰减了的光信号光-电-光
8、转换,半导体光放大器,光纤通信码型要求,必须是二电平码！信号自带定时信息提供一定的冗余传输,光通信技术发展,延长中继距离光放大器(EDFA)外调制器(电光晶体LiNbO3)色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)提高通信容量时分复用技术(TDM)波分复用技术(WDM)光频分复用(OFDM)：载波间隔1nm,波分复用,光发射机1,光发射机2,光发射机N,合 波 器,光发射机1,光发射机2,光发射机N,光功率放大（BA）,光线路放大（OA）,光线路放大（OA）,分 波 器,光前置放大（PA）,1,2,N,1,2,N,1,2,N,.,.,.,发送端,接收端,量子超光速通信,相对论和量子理论之间的矛盾幽灵式的超距作用，粒子间的心灵感应。只有思维比光更快1994年，人脑之间存在量子超光速影响！,
