光纤基础知识
1.光纤光缆基础知识
THANK YOU！
产生光损耗的原因大部分为光纤具有的固有损耗和光纤制造后 的附加损耗。前者主要包括瑞利散射损耗、吸收损耗、波导结构不完 善引起的损耗;后者包括微弯损耗、弯曲损耗、接续损耗等。
损耗成因
瑞利散射损耗
吸收损耗
固有损耗
附加损耗
对于光纤损耗的成因及其解决方案，在这里不做深入的研究，了解即可。
微弯损耗
弯曲损耗
接续损耗
N/A
GSK/GMK/GCF
B5
G656
N/A
B6
G657
N/A
多模62.5/125
A1b
N/A
OM1
MCF
OM2
ACF
多模50/125
A1a
G651.1
OM3
OM4
我们公司最常用的光 纤为G652D和G655
G.652是常规单模光纤，零色散 点在1300nm，此点色散最小；同 时根据PMD又分为G. 652A、B、C、 D四种。
按传输模式分类
类型
解释
纤芯只能传输 单模光纤 单个模式的光
纤
多模光纤
纤芯能传输多 个模式的光纤
纤芯直径 包层外径
8μm-10μm 125μm
50μm、 62.5μm
125μm
2. 光纤分类
2.3 总结
光纤 类型
单模 光纤
传输模式
只能传输单 模式的光纤
多模 光纤
能传输多个 模式的光纤
传输距离 传输距离远
6. 光缆简介
6.2 光缆分类
用途
光纤种类
光纤芯数
加强件配置
传输导体、介质状况 铺设方式
结构方式
用户光缆 单模光缆 单芯光缆
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：
光纤光缆基础知识
光纤 类型 Ala Alb Alc Ald
表 2 四种梯度型多模光纤的传输性能及应用场合
芯/包直径 (μm)
工作波长 (μm)
带宽 (MHz)
数值孔径
衰减系数 (dB/km)
50/125
0.85,1.30 200～1500 0.20～0.24 0.8～1.5
62.5/125 85/125 100/125
其在不同的传输速率的 SDH 系统的应用情况，将 G.652 光纤进一步细分为 G.652A、
G.652B 和 G.652C。究其实质而言，G.652 光纤可分为两种，即常规单模光纤(G.652A
和 G.652B)和低水峰单模光纤(G.652C)。
a. 常规单模光纤
6
常规单模光纤于 1983 年开始商用。常规单模光纤的性能特点是：(1)在 1310nm 波长处的色散为零；(2)在波长为 1550nm 附近衰减系数最小，约为 0.22dB/km，但在 1550nm 附近其具有最大色散系数，为 17ps/(nm·km)。(3)这种光纤工作波长即可选 在 1310nm 波长区域，又可选在 1550 nm 波长区域，它的最佳工作波长在 1310 nm 区 域。这种光纤常称为“常规”或“标准”单模光纤。它是当前使用最为广泛的光纤。 迄今为止，其在全世界各地累计铺设数量已高达 7 千万公里。
标准化部门 ITU-T 在 2000 年 10 月对其中 4 种单模光纤已给出最新建议：G.652、G.653、
G.654 和 G.655 光纤。单模光纤的分类、名称、IEC 和 ITU-T 命名对应关系如下：
名称
ITU-T
IEC
非色散位移单模光纤
G.652：A、B、C B1.1 和 B1.3
关于光纤的基础知识
关于光纤的基础知识一、光纤接入网的拓朴结构电信网络最基本的拓朴结构有线形、星形和环形，由这3种基本结构组合而成的有双星形。
环形／星形、双环形、树形、网状网等等。
其中线形、星形（包括多星形）、树形、网状网结构是适用于光纤接入网的拓朴结构。
1．线形网络结构上、下业务灵活，可以节省光纤，简化设备，因此有广泛的应用前景。
2星形网络结构无论是其容量还是其业务服务内容都可以根据需要进行扩容、升级；并且，多星形结构馈线部分的复用系数很大，所以，采用星形类结构，可以大大节省光纤数量和建设成本，是光纤投入网发展中最主要的网络拓朴结构。
3．树形网络结构适用于广播式信息传递，其应用有一定的局限性。
但是在有线电视或采用TDMA或CDMA技术的电信光源光网络（PON）中有很大的应用前景。
4网状网结构经济、灵活、维护运行费用低，网络升级方便，在接入网中具有很大的优越性。
二、光纤用户接入系统的组成目前，接入网的用户终端设备都属于电气设备（如计算机。
电话机、传真机、电话机等），所以在局端和用户端之间，以光波作为载波，光纤作为传输媒介时，在两端都要进行光信号与电信号之间的转换。
光通信系统的组成主要有光源、光纤、光检测器。
发端的光源在电信号的作用下，发出与之时应的光信号，完成电／光转换的任务。
常用的光源有半导体激光二极管和半导体发光二极管。
接收端收到从发端经过光纤送来的光载波时，首先由光检测器把收到的光信号转换成对应的电信号，再经过放大均衡，还原成所需要的电信号。
可见，光检测器是光信号接收的关键器件。
在光纤通信中，常用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。
光纤在信号的传输过程中起着媒介的作用。
光纤按其传输模式可分为单模光纤和多模光纤。
在光纤中只能传送一个模式时称为单模光纤，同时传送多个模式时称为多模光纤。
目前，在光纤通信系统中使用的载波波长有3个：0.85pm、1.31pm、1.55pm。
第1代光纤通信系统使用的是0.85pm波长，多模光纤；第2、3代光纤通信系统使用的是1.31pm 波长，多模光纤和单模光纤；最新的第4代光纤通信系统是用1.55pm波长，单模光纤。
光纤基础知识汇总
光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。
通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。
在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。
光纤结构1、光纤（Optical Fiber）的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外由纤芯、包层和涂敷层三部分组成。
纤芯作用——传导光波成分——高纯度SiO2+极少量掺杂剂（如P2O5）掺杂目的是提高纤芯对光的折射率包层作用——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。
将光波限制在纤芯中传播成分——高纯度SiO2+极少量掺杂剂（如B2O3）掺杂目的是使折射率略低于纤芯折射率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。
涂覆层作用——保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤。
同时增加光纤柔韧性。
一次涂覆层：丙烯酸酯，有机硅或硅橡胶材料缓冲层：一般为性能良好的填充油膏二次涂覆层：聚丙烯或尼龙等高聚物光纤分类（1）按照制造光纤所用的材料分类有：石英系光纤；多组分玻璃光纤；塑料包层石英芯光纤；全塑料光纤。
2）按折射率分布情况分类：光纤主要有三种基本类型：（多模阶跃折射率光纤）——纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。
这种光纤一般纤芯直径2a=50~80μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。
渐变型多模光纤（多模渐变射率光纤）——在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2。
这种光纤一般纤芯直径2a为50μm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。
单模光纤——折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10 μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。
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。
光纤基础知识
光纤的导光原理
光纤是一种导光的石英玻璃纤维，光在纤芯内由于全反 射作用而向前传播 当光沿纤芯向前传播时，同时存在反射和折射现象。
反射：当纤芯中的光传到芯/包界面时，被反射回纤芯内。 折射：当纤芯中的光传到芯/包界面时，透过界面进入包层。
12
光的反射和折射
“法线” 折射角
折射
空气n2 玻璃n1 反射
18
光纤结构与传输参数
19
光纤的结构
涂覆层（Ø250 m) 包层（ Ø125 m ）
芯（单模 Ø 8~10 m ； 多模Ø 50 m 、Ø 62.5 m ）
模场直径（） 光主要在纤芯中传播，涂覆层起保护光纤的作用
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光纤结构
涂覆层 包层
芯层: SiO2+Ge+F 包层: SiO2+F 内涂覆层:丙烯酸树脂 外涂敷层:丙烯酸树脂
4
二、单模光纤
1. 1980年成功研制零色散点在1.31μm的单模光纤（非色散位移单模光纤，或 者简称标准单模光纤）。1983年，标准单模光纤进入商用。国际电信联盟 （ITU-T）建议将这种单模光纤定为G.652光纤。单模光纤的设计思想是只能 传输一个模式，所以不会发生多模光纤中传输时所发生的模式噪声。
3
光纤通信系统概述—光纤品种演进及分类
一、多模光纤 1.光纤通信的思想是由美籍华人在1966年发表的论文《光频介质纤维表面 波导》中提出用石英玻璃纤维（简称光纤）传送光信号进行通信。该论 文明确指出（Ⅰ）光纤可实现超高速通信；（Ⅱ）光纤对光能的损失＜ 20dB/km。英国邮电和贝尔实验室与美国康宁玻璃公司合作，在1970 年研制出世界第一根衰减系数为20dB/km的多模光纤。 2.与单模光纤相比，多模光纤具有大芯径（＞50μm）和大数值孔径等特点。 这些特点赋予多模光纤比较好的集光能力和抗弯曲能力，解决了光纤通 信工程应用及初期所遇到光源与光纤的光源与光纤的光注入耦合或者光 纤与光纤的熔接难题，从而推动了多模官衔在短距离的应用的步伐。 3.自20世纪80年代到90年代初期，多模光纤因衰减大，工作波长窄、带宽 小（模间色散导致的带宽只有几百Mb/S），使得其只能用在传输距离 短、带宽小于几百Mb/S的局域网。
光纤光缆干货基础知识点
光纤光缆干货基础知识点1.简述光纤的组成答：光纤由两个基本部分组成：由透明的光学材料制成的芯和包层、涂敷层。
2.描述光纤线路传输特性的基本参数有哪些？答：包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。
3. 产生光纤衰减的原因有什么？答：光纤中光功率沿纵轴逐渐减小。
光功率减小与波长有关。
光纤链路中，光功率减小主要原因是散射、吸收，以及连接器和熔接接头造成的光功率损耗。
衰减的单位为dB。
产生原因：使光纤产生衰减的原因很多，主要有：吸收衰减，包括杂质吸收和本征吸收；散射衰减，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；其它衰减，包括微弯曲衰减等。
其中最主要的是杂质吸收引起衰减。
4.光纤的带宽与什么有关？答：光纤的带宽指的是：在光纤的传递函数中，光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调制频率。
光纤的带宽近似与其长度成反比，带宽长度的乘积是一常量。
光纤中由光源光谱成分中不同波长的不同群速度所引起的光脉冲展宽的现象。
5.信号在光纤中传播的色散特性怎样描述？答：可以用脉冲展宽、光纤的带宽、光纤的色散系数三个物理量来描述。
6.什么是截止波长？答：是指光纤中只能传导基模的最短波长。
对于单模光纤，其截止波长必须短于传导光的波长。
7.光纤的色散对光纤通信系统的性能会产生什么影响？答：光纤的色散将使光脉冲在光纤中传输过程中发生展宽。
影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。
8.光时域反射计（OTDR）的测试原理是什么？有何功能？答：OTDR基于光的背向散射与菲涅耳反射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。
其主要指标参数包括：动态范围、灵敏度、分辨率、测量时间和盲区等。
9.常见光测试仪表中的“1310nm”或“1550nm”指的是什么？答：指的是光信号的波长。
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7、1966年，英籍华裔科学家高锟发表论文“用于光频 率的绝缘纤维表面波导管” 8、1970年，康宁公司制造出第一根衰减小于20dB/km的 光纤 9、1983年，在纽约和华盛顿安装了最早的城市间光纤 链路 10、目前、随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤 价格不断下降，应用范围不断扩大。
光纤的分类
αλAλ/L dB/Km
一、吸收损耗
紫外吸收
红外吸收
水峰吸收：945nm，1240nm，1380nm
二、散射损耗
光纤中的缺陷会引起光的散射，破 坏全反射的条件，导致部分光穿出 纤芯，造成光功率的损耗。 通常是由折射率的细微变化引起的
典型的光谱衰减
三、弯曲损耗
最小弯曲半径：对于长期应用，弯曲半径超过光纤包层直径的150 倍；对于短期应用，弯曲半径应超过包层直径的100倍。对于石英光纤， 这两个值分别为19mm和13mm。
LP11
LP02
LP21
单模光纤 △=0.3% ~ 0.6%，d=8~9mm 多模光纤 △= 1% ~ 2%， d=50~60mm
衰减
光纤的衰减A(l)定义为：在波长l处，光通过一段光纤上相 距为L的两个横截面1和2之间的光功率差，为
Aλ10lP oP12gλλdB
对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数al 反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数定义为：
λc 22π.a40n512n22
实际截止波长被定义为总功率与基模光功率之比减小到小于0.1dB 时所对应的波长
测量原理——传输功率法，由随 波长变化的传输功率与参考功率 之比来确定截止波长
PK2200
模场直径
模场直径是一个表示光束强度分布的度量
d
纤芯n1 包层n2
I(r)I0
ex[p(r)2]
测量原理——近场扫描法，在近场图上沿一经过模场中心的 直线扫描，测量出近场光强度和F(r)。
PK2400
翘曲度——剥除涂敷层后的裸光纤自然弯曲的曲率半径
测量原理——激光束散射法，由线传感器读出反射光束 之间的距离，将各参数代入公式求出翘曲
L
线传感器 Ds
光纤
Dz 光纤保持器
激光器
Rc
2L Δs 1
Δz
光纤翘曲半径RC应不小于4m
机械性能测试
由于光纤断裂会导致通信线路中断，修理和更换光纤的成本很高，故光纤 的材料强度、操作性的便利性和可靠性是人们最关心的问题。
局限在光纤中的光能越多，光纤对弯曲的敏感性越低。
背向散射法测量光纤的衰减常数
背向散射法测得的典型曲线
色散
光纤色散定义为在光纤中传输的光脉冲，受光纤折射率分布、 光纤 材料的色散特性、光纤中的模式分布以及光源的光谱宽度等 因素影响，出现脉冲展宽的现象。
色散的四种形式：模式色散、材料色散、波导色散、偏振模色散。
光纤基础知识培训
主讲人 沈 震 强 日 期 2020/4/8
光纤是什么？
n2 n1
内层为高折射率石英玻璃纤芯 中间为低折射率石英玻璃包层(直径？) 外层是加强用的树脂涂层
如何导光？
折射率 nc/v
一般波长越小，折射率越大：蓝光折射率大，红光折射率小
全反射的必要条件：从折射率大的介质到折射率小介质
涂覆层剥离力宜在1.3～8.9N范围之内。
在一定条件下，光纤表面微裂纹生长扩大至光纤断裂的过程称为光纤的疲 劳。动态疲劳即施加一个具有恒定速率s的应力，测量加载和断裂时间在恒 定外加应力速率下，观察断裂时间t和断裂应力，三者之间满足的关系为
按折射率分： 阶跃折射率光纤，梯度折射率光纤
按原材料分： 石英光纤、塑料光纤
按传输模式分： 单模光纤、多模光纤
接受角度
数值孔径
N A sim na xn 12 n 22
NA表明了光纤集光的能力，大NA有利于光纤对接
相对折射率 n1 n2 n
数值孔径 N A n 1 2 n 2 2 n 1 n 2 n 1 n 2 2 n 2
(lll034)
S0称为零色散斜率，l0称为零色散波长
偏振模色散（PMD）指单模光纤中的两个正交偏振模式之间的 差分群时延
测量原理——干涉法，当光纤一端用宽 带光源照明时，在输出端测量电磁场的 自相关函数，从而确定PMD。 偏振模色散与波长无关，偏振模色散无 法完全消除
截止波长
单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模截止时的波长。 对 于阶跃光纤，截止波长有
这个公式表明：n1和n2本身并不重要，重要的是它们的平均值和相对差。
模式
能够在光纤内稳定传输的光波，除了要满足全反射条件，还要满足 相位谐振条件。因此，光只能以一组独立的角度传播。这些具有不同传 播角度的光束称为模式。传播角度越小，其级越低。
归一化频率
V πdn 2 λ
V越大，模式数量越多
LP01
模式色散
脉冲展宽的影响：40Gb/s的 光纤链路要求每秒传输40×109 个脉冲，而脉冲展宽严重限制了 光纤链路的比特率，因此多模光 纤只能用于短距离的光纤通信
色散系数 D(l) 1 L l
材料色散：不同波长的光在光纤中以不同的速度传播 波导色散：光在拥有不同折射率的结构——纤芯和包层中传播
相互联系
弯曲损耗
宏弯损耗F Dl
而工作波长l受到截止波长lc的限制，即l lc
光纤的几何尺寸是光纤最基本的标准化参数，对光纤的连 接损耗，光传输和机械性能等有决定性影响， 测量原理——近场图像法，光纤输出端面的近场传导模的 光功率分布与折射率分布相似 几何尺寸的特征参数包括：包层直径、包层不圆度、芯层 直径、芯层不圆度、芯层-包层同心误差等
培训内容
光纤的历史 光纤的基本性质 光纤的测试
光纤通信优点
1通信容量大 2中继距离长 3保密性能好 4抗电磁干扰 5体积小、重量轻、便于施工维护 6原材料来源丰富
光纤的历史
1、公元2000多年前的“烽火台”是光通信的原始形 式 2、1621年，荷兰人斯涅耳发现全反射定律 3、1870年，英国人第达尔首次验证了光可以在一个 弯曲的水流中传播 4、1881年，贝尔发明光电话 5、1951年，医学上出现光导纤维镜 6、1960年，梅曼发明红宝石激光器
材料色散和波导色散总称为波长色散、在超过1300nm时材料色散为正而 波导色散参数为负。
光纤的衰减特性及不同类型光纤的色散特性比较
色散测量
测量原理——相移法，即测量不同波长的光信号通过光纤后的产 生的相移量，由此算出不同波长的相对群时延，经曲线拟合和数 学运算得到光纤的色散特性曲线。
D(l)
S0 4