光纤通信基本知识 (3)
光纤通信原理及基础知识
t D • Δ PMD= pmd * LΛ0.5
•
PMD Link
y=
1
n
n k 1
x
2 k
1 2
• PMDQ :99.99% probability of 100000 y
光纤的基本参数
光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散受限的最大理 论传输距离
偏振模色散受限的最大理论传输距离
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
光纤通信的基本原理
频谱分配
电磁波谱
低频
高频
微波
直流电
LW MW KW UKW dm cm
微观弯曲损耗：是指光纤受到不均匀应力的作
用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。
光纤的基本参数
参数典型值 光纤的光学及传输特性参数之一------
• 模场直径： • 衰减系数：
• 色散系数：
• 偏振模色散：
• 截止波长： • 弯曲损耗：
•1310nm: 8-10m; 1550nm: 9-11m
包层(SiO2+F )掺氟二氧化硅
125 µm
标准单模光纤
标准梯度折射率分布多模光纤
涂层(acrylic) 250 µm
涂层 250 µm
涂层
力学影响的防护
塑料光纤
涂层 1000 µm
光纤的基本结构和分类
光纤的分类
按材料分类：
光纤通信基础知识
光纤通信的基本概念光导纤维，是一种介质光波导，能把光封闭其中并且使光沿轴向进行传播的导波结构。
由石英玻璃、合成树脂等材料制成的极细的纤维。
单模光纤：纤芯8-10um、包层125um多模光纤：纤芯51um、包层125um利用光导纤维传输光信号的通信方式称为光纤通信。
光波属于电磁波的范畴。
可见光的波长范围是390-760nm，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。
光波的工作窗口（三个通信窗）：光纤通信中应用的波长范围是在近红外区短波长区（可见光，肉眼看是一种橘黄色的光）850nm橘黄色的光长波长区（不可见光区）1310nm（理论上的色散最小点）、1550nm （理论上的衰减最小点）光纤的结构与分类1. 光纤的结构理想的光纤结构：纤芯、包层、涂覆层、护套构成。
纤芯和包层用石英材料制作，机械性能比较脆弱，容易断，故一般会加两层涂覆层，一层树脂型、一层尼龙型，使得光纤柔性性能达到工程实际运用的要求。
2.光纤的分类（1）光纤按照光纤横截面的折射率分布划分：分为阶跃型光纤（均匀光纤）和渐变型光纤（非均匀光纤）。
假设，纤芯折射率为n1，包层折射率为n2为了使纤芯能够远距离传光，构成光纤的必要条件是n1>n2均匀光纤的折射率分布是个常数非均匀光纤的折射率分布规律：其中，△——相对折射率差α——折射指数，α=∞——阶跃型折射率分布光纤，α=2——平方律折射率分布光纤（一种渐变型光纤）这种光纤比起其他渐变型光纤，模式色散最小最优（2）按纤芯中所传输的模式数量来划分：分为多模光纤和单模光纤这里的模式是指：在光纤中所传输的光线的一种电磁场的分布，不同的场分布就是一种不同的模式。
单模（光纤中只传输一种模式）、多模（光纤中同时传输多种模式）目前由于对传输的速率要求越来越高、传输的数量要求越来越多，城域网向高速大容量方向发展，所以采用的多是单模阶跃型光纤。
（本身传输特性优于多模光纤）（3）光纤的特性：①光纤的损耗特性：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。
光纤通信重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结光纤通信是指利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
光纤通信具有高带宽、长传输距离、低损耗和抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面是光纤通信的重要知识点总结：1.光纤的组成与结构：光纤主要由芯、包层和包衣组成。
芯是光信号传输的区域，通常由高折射率的材料制成；包层是用低折射率材料包围芯，起到光信号在纤芯内反射传播的作用；包衣是保护光纤的外层，通常由聚合物材料制成。
2.光纤的工作原理：光信号通过光纤的内部反射传播。
当光线从纤芯射入包层界面时，根据全反射原理，光线会完全反射回纤芯内部，从而沿着光纤传输。
通过控制入射角度和光纤材料的折射率可实现光信号的传输和传播。
3.光纤的传输特性：光纤具有高带宽、低损耗和低延迟等优点。
由于采用了光的传输方式，能够实现高速率的数据传输，大大提高了通信的速度和容量。
光纤的损耗非常低，可以在长距离范围内传输信号，而且几乎不受电磁干扰和信号衰减影响。
同时，光信号在光纤中的传输速度非常快，几乎接近光速，因此具有低延迟特性。
4.光纤通信系统的组成：光纤通信系统一般由光源、调制器、光纤传输介质、光解调器和接收器等组成。
光源可以是激光器或发光二极管等，用来产生光信号。
调制器用来将电信号转换成光信号，例如使用调制技术将数字信号转换成光脉冲信号。
光解调器则将光信号转换为电信号，通常使用光电二极管或光电探测器等光电转换器件。
接收器接收到光信号后进行信号处理和解码，将其转化为原始的电信号。
5.光纤通信的调制技术：光纤通信中常用的调制技术包括直接调制和外调制两种。
直接调制是通过改变激光器的电流或电压来实现光信号的调制，简单且成本低，但调制深度较浅。
外调制则是利用外部器件（如调制器）来对光信号进行调制，可以实现高深度的调制，但需要较复杂的设备和技术。
6.光纤通信网络的结构：光纤通信网络一般采用分布式结构或集中式结构。
分布式结构中，光纤纷纱采用星型或网状拓扑结构连接各个用户，每个用户都连接到一个光纤节点。
光纤通信重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结一、概述当我们谈论信息传输的时候，光纤通信就像是连接你我他的重要纽带。
你可能会觉得光纤是一个离生活很远的概念，其实不然它在我们的日常生活中无处不在，为我们的互联网生活提供了高效快捷的服务。
接下来让我们一起了解下关于光纤通信的一些重要的知识点吧。
光纤通信简单来说，就是通过光的信号传输信息的方式。
在这个过程中，光纤就像是一条信息的高速公路，承载着各种数据在网络的各个角落自由穿梭。
它的重要性在于其传输速度快、距离远、稳定性高，为现代社会的通信需求提供了强大的支持。
它就像我们生活中的一道桥梁，让我们的通话、视频聊天或者浏览网页都能流畅进行。
听起来很有趣对吧？接下来我们会深入了解它的工作原理和特点等内容。
1. 光纤通信概述及其在现代社会的重要性嘿，朋友们你们是否知道我们如今依赖的互联网、电视信号和电话通讯背后，其实有一个神奇的科技力量在支撑，那就是光纤通信。
光纤通信就像是信息时代的超级高速公路，负责把我们的数字世界连接在一起。
那么什么是光纤通信呢？简单来说光纤通信就是通过光信号在光纤中传输信息的一种方式。
接下来我们来聊聊它在现代社会的重要性。
想象一下如果没有光纤通信，我们的世界会是什么样？可能我们无法随时随地与朋友视频聊天，无法在家观看世界各地的新闻和娱乐节目，甚至无法享受在线购物的便利。
光纤通信已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，它的重要性体现在以下几个方面：首先光纤通信提供了超高速的数据传输速度，这对于大数据处理、云计算、在线视频会议等应用至关重要。
想象一下医生通过光纤网络进行远程手术指导，或者学生们通过网络进行实时的互动学习，这都是光纤通信技术带来的变革。
其次光纤通信具有极高的稳定性和可靠性，在数字化时代，信息的连续性和准确性至关重要。
光纤由于其物理特性，能够抵抗电磁干扰和天气影响，保证了通信的稳定性和可靠性。
光纤通信的带宽大，容量大。
这意味着它可以同时处理大量的数据和信息，支持更多的用户和设备接入网络。
(完整版)光纤通信基本知识
一、光纤通信的基本知识（一）光纤通信的概念1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。
结果使观众们大吃一惊。
人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。
表面上看，光好像在水流中弯曲前进。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。
由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。
（视频）光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。
（视频）（二）光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。
采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。
中国光纤通信已进入实用阶段。
（三）光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：①频带宽，通信容量大。
光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。
频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光纤通信 知识点总结
光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术，它使用光纤作为传输媒质，通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。
光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
本文将对光纤通信的相关知识点进行总结，包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。
一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动又可以表现为微粒。
光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。
2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。
它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成，通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。
二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成，芯是由单质或复合材料制成，包层是由低折射率的材料构成，使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。
2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分，它用于将光纤连接在一起，保证光信号的传输质量。
3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备，用于向光纤中输入光信号；接收器是用于接收光纤传输过来的光信号，并将其转换为电信号。
三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信，可以传输更多的信息。
2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信，可以满足更长距离的通信需求。
3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信，可以实现更快的数据传输。
4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰，抗干扰性能强。
5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波，安全可靠。
四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。
2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号，光信号经过调制解调器进行调制，然后通过光纤进行传输，接收器接收光信号并将其转换为电信号，经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解，最终传输到目标设备。
光纤通信原理及基础知识
光纤通信原理及基础知识光纤通信是一种利用光信号传输信息的通信技术。
它基于光波在光纤中的传输，具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面将介绍光纤通信的原理和一些基础知识。
1.光纤通信原理光纤通信的原理基于光的全内反射。
光纤是由一个或多个折射率不同的材料构成，光信号通过光纤中的光核进行传输。
当光信号从一个折射率较高的材料传到折射率较低的材料时，会发生全内反射，光信号会在光纤中沿着光核一直传输。
光纤通信系统主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
光源产生光信号并将其注入光纤中，光纤将光信号传输到目标位置，光接收器将光信号转化为电信号进行处理。
这样就完成了光纤通信的整个过程。
2.光纤类型根据应用场景和使用材料的不同，光纤可以分为多种类型。
常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF）是一种具有较小光纤芯径的光纤，适用于远距离传输。
它可以在光纤中传输一个光模式，具有较低的传输损耗和较小的色散效应。
单模光纤主要用于长距离通信和数据传输。
多模光纤（Multi-Mode Fiber，MMF）是一种具有较大光纤芯径的光纤，适用于短距离传输。
多模光纤可以在光纤中传输多个光模式，但由于折射率不同，不同光模式的传输速度会有差异。
多模光纤主要用于局域网、数据中心等短距离通信场景。
3.光纤连接方式光纤连接主要有两种方式：直连和连接器。
直连是将两根光纤通过激光焊接技术直接连接起来。
直连具有较低的插损和回波损耗，但连接时需要专业操作，一旦连接失败将无法更换。
连接器是将光纤端面抛光并用连接器将两根光纤连接在一起。
连接器具有灵活性，连接和更换方便，但具有一定的插损和回波损耗。
4.光纤通信的关键参数光纤通信中，有几个重要的参数需要关注。
带宽是指光纤传输信号的频率范围。
带宽越大，传输速率越高。
损耗是光信号在光纤中传输时丢失的能量。
损耗越小，信号传输的距离越远。
色散是指光信号在光纤中传输时信号传播速度与光波长之间的关系。
光纤通信知识点归纳
第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信工作波长在于近红外区：0.8〜1.8 口m 的波长区，对应频率：167〜375THz。
对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85口m、1.31 P m 及1.55 u m o2、光纤通信系统的基本组成:（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IMDD）的光纤数字通信系统。
该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管（LED）和半导体激光二极管（LD）o3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）o特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输：单模光纤+半导体激光器LD 小容量、短距离光纤传输：多模光纤+半导体发光二极管LED 5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1）,传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km, 用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。
（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。
（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。
（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
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周期
下降时间
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
耦合器
以图形表示
1
2
4
3
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）
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 ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率
2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； example: –10dBm表示光功率等于100uw。
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
θ1 θ2
n1
900
n2
临界角
全反射
光纤的结构
纤芯 包层
保护套
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）
常用连接器类型
BICONIC Type SMA 905 Type
D4 Type SMA 906 Type MINI BNC Type
连接头端面类型
Ferrule + Flange
Insertion Loss(插入损耗) <0.3dB Return Loss(回波损耗)
PC>40dB SPC>45dB
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
λ1传送器 λ2传送器
λ1+ λ2
λ1+ λ2
λ1接收器 λ2接收器
发送单元
驱动器 光源
接收单元
输出电路
放大器 检测器
光放大器
光源 λ0 波分复用器 光放大器
λ1输入 （信号弱）
耦合器
监测 λ1
λ1输出 （信号强）
光纤数字通信
数字系统中脉冲的定义：
脉冲宽度
90% 50% 10%
上升时间
振幅
UPC>50dB APC>60dB
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
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
入
反射
射 θ1 θ3
θ2 折
射
n1 n2 n1<n2
空气 水
视觉位置
实际位置
光的基本知识
n1 n2
n1 > n2
临界角
n1 n2
入射角=反射角
光纤系统基础知识
二、基本光纤系统方框图：
发送单元
传输单元
接收单元
信号
电E/光O转换
光发 射机
光源
光纤
中继器
光O/电Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换
光接 检测器 收机
信号
连接器件
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 SC2 Type
SC Type FDD Type
光纤的衰减
(dB/km)
衰6 减5
4 3 2 1
第一窗口 OH-
第二窗口
OHOH-
水峰值 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 λ nm
光纤的衰减图
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。
NA=SIN θ
θ
接收锥
常见光纤名词
输入 NA
输入 NA
低数值孔径NA 高数值孔径NA
输出 输出
光纤的尺寸
外径一般为125um(一根头发平均100um) 内径：单模9um
多模50/62.5um
125 9
125 50
125 62.5
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；
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/km 1550nm 0.2~0.3dB/km 塑料多模光纤 300dB/km
3. dBu = 10 log10 ( P / 1uw)
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。
光线
缺陷
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。