光纤通信基本知识
光纤通信考试知识点
第一章．概论1. 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。
在光电话问世后光通信进展缓慢，主要原因：没有理想的光源和传输介质。
2. 1966年，高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
1970年，光纤研制取得了重大突破，低损耗光纤研制成功和激光器研制成功。
3.光纤最低损耗的理论极限值是0.148dB/km,实际使用是0.154 dB/km.4.光纤的工作波长，也是三个损耗很小的波长窗口是0.85um ，1.31 um,1.55 um.同样光纤对不同的光损耗不同，应该选择低损耗的。
5．光纤通信的优点：1) 容许频带很宽，传输容量很大2) 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 3) 重量轻、 体积小 4) 抗电磁干扰性能好5) 泄漏小， 保密性能好6) 节约金属材料， 有利于资源合理使用 6. .光纤通信系统的基本组成光发射机的功能是把电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。
光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。
光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。
光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
第二章光纤和光缆1.纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。
设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。
2.实用光纤主要有三种基本类型：突变型多模光纤，渐变型多模光纤，单模光纤。
突变型多模光纤纤芯内任意两点折射率相同，渐变型多模光纤以纤芯中心为圆，小于a 的值为半径作圆，圆上所有点折射率相同。
单模光纤输出脉冲最接近于输入脉冲。
系统容量（传输速率）：单模光纤>多模光纤。
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：0.8～1.8μm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0.85μm、1.31μm及1.55μm。
2、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（IM/DD）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)。
3）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）。
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LED5）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。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
光通讯基础知识
SDH的光缆数字线路系统
局间链路又分为长距离(再生段距离为40km以上)和短距离(再生段距离为15km左右).
第1行 2 3 4 5 6 7 8 9
RSOH
AU PTR
MSOH
9列
261列
净荷（含POH）
SDH的帧结构
分支 分支 --- --- 分支组装 分支取出 POH插入 POH提取 通道层 MSOH MSOH 插入 提取 复用层 RSOH RSOH RSOH 插入 提取/插入 提取 再生层 光接口 光接口 光接口 物理层 终端 再生器 终端
在一根光纤中同时传输几个不同波长的光信号。 复用器是将若干不同波长的光信号分开或合并的器件，有熔锥型、棱镜色散型、光栅色散型、干涉滤光型等。
光纤
复 用 器
复 用 器
光波分复用（WDM）
光频分复用（OFDM）
当波分复用的光载波间隔变窄到小于1nm时，就是光频分复用；而间隔大于1nm时，称为密集波分复用（DWDM）
光纤的分类
按传输模式：
多模光纤和单模光纤
按材料：
石英光纤、塑料光纤等 几种新型光纤：色散位移光纤（DSF）、非零色散光纤（NZDF）、色散平坦光纤（DFF）、色散补偿光纤（DCF）等
按工作波长：
按折射率分布：
阶跃（突变）型(SI)和梯度（渐变）型(GI)
短波长（850nm) 长波长（1310nm、1550nm）
AU3 VC3 x7 C3
x7 TUG2 TU2 VC2 C2
x1
x3 TU12 VC12 C12
x4 TU11 VC11 C11
指针调整
SDH的承载业务
再生段 再生段 再生段 复用段 通道
SDH的系统组成
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
一、优点： 1、传输频带宽、通信容量大； 2、传输损耗低；0.2dB/Km 3、不受电磁干扰；光纤非金属介质 4、成缆细、重量轻；光纤直径小（125μm） 5、丰资富源丰富；光纤的制造材料Sio2在自然中的含量十分 6、绕性好；弯曲直径达3mm时也不会折断 7、不怕潮湿、耐高压、耐高温、抗腐蚀。光纤的化学性
能稳定
主要因素
光纤通信的优点
光纤通信的缺点
使用光引起的
使用光纤引起 的
使用光半导体 元件引起的
信息传输容量大；无电磁干 需要光电变换设备 扰；无短路引起的事故；不 光直接放大难 发生火花；接地设计容易
传输损耗小、频带宽；无电 电力传输困难 磁感应障碍；可忽略串音； 弯曲半径不宜太小 重耐资高源量温 问轻、 题；不抗 小怕腐潮蚀湿；、有耐可高绕压性、；需 术 分要路高耦合级不切断方接便续技
损耗 使用波长
光纤主要尺寸参数
光纤类别
光纤数
谢谢！
三、按套塑结构可分为紧套光纤和松套光纤；按传输模 数可分为单模光纤和多模光纤。
四、按折射率分布可分为阶跃型光纤和梯度型光纤。
损利散射 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射
非本征 金属离子 OH离子、H2
制造缺陷
2、偏振模色散产生的原因
响应速度快 方向性好 光功率大
光纤通信的基本组成
电发 路光 盘盘
电收 路光 盘盘
收电电电发 光路放路光 盘盘大盘盘
发电电电收 光路放路光 盘盘大盘盘
收电 光路 盘盘
发电 光路 盘盘
纤芯 包层
一次涂层 缓冲层 二次涂层
纤芯 包层
树脂涂层 硬冲层
一、按传输模数分为单模光纤和多模光纤；
二、按传输波长可分为短波长光纤（0.85μm）和长波长 光纤(1.3—1.6μm)
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。
光纤通信技术知识点简要(考试必备)
光纤通信.1.光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。
设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。
2.光纤主要有三种基本类型: 突变型多模光纤,渐变型多模光纤, 单模光纤. 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤3.光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。
渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。
单模光纤用在大容量长距离的系统。
1.55μm 色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。
色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。
三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。
偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。
4.分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方程法5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤.6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是光纤最重要的传输特性：损耗限制系统的传输距离, 色散则限制系统的传输容量.7.色散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. 色散的种类：模式色散、材料色散、波导色散.8. 波导色散纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时可能有一部分光进入包层之内，在包层内传输一定距离后又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，即相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。
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。
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FDD Type
精品课件
常用连接器类型
BICONIC Type SMA 905 Type
D4 Type SMA 906 Type MINI BNC Type
精品课件
连接头端面类型
Ferrule + Flange
Insertion Loss(插入损耗) <0.3dB Return Loss(回波损耗)
精品课件
无源器件
耦合器
以图形表示
1
2
4
3
精品课件
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。
800——1600nm 光的反射、折射 全反射
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光的基本知识
入 射
θ θ3 反射
1
n1
n2
θ2 折
射
n1<n2
空气 水
视觉位置
实际位置
精品课件
光的基本知识
n1 n2
n1 > n2
临界角
n1 n2
入射角=反射角
θ1 θ2
n1
900
n2
临界角
全反射
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光纤的结构
纤芯 包层
保护套
精品课件
PC>40dB SPC>45dB
UPC>50dB APC>60dB
精品课件
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
精品课件
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）
精品课件
Байду номын сангаас
光纤通信发展史
1966年“光纤之父”高锟博士首次提出 光纤通信的想法。
1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连 续工作的半导体激光器。
1970年康宁公司的卡普隆(Kapron) 之作 出损耗为20dB/km光纤。
1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。
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电磁波谱
1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm λ波長
10G 100G 1T 10T 100T 10^15 10^16 10^17
f (Hz)
红外线
1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm
紫外线
光通信使用范围
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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
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。
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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
美德（四川）电气有限公司
光纤通信基础知识
(Fiber Handbook Technology Data)
作
者：王
勇
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光纤通信的优点
通信容量大 中继距离长 不受电磁干扰 资源丰富 光纤重量轻、体积小
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光通信发展简史
2000多年前 烽火台——灯光、旗语 1880年 光电话——无线光通信 1970年 光纤通信
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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
精品课件
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。
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
精品课件
常见光纤名词
数值孔径（Numeric Aperture）
NA=SIN θ
θ
接收锥
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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
精品课件
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
精品课件
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；
精品课件
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E转换
光接 检测器 收机
信号
连接器件
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常用连接器类型
SC
LC
MT-RJ
DSC
VF-45
精品课件
Opti-Jack
常用连接器类型
FC Type
SC Type
SC2 Type
精品课件
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
精品课件
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。
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。
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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
精品课件
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
精品课件
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