光纤通信基础知识v1.1

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光缆的种类
2、光缆的分类 ①、按线路敷设方式分有：架空光缆，管道光缆，直埋 光缆，隧道光缆，水底光缆。 ②、按光缆结构分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱 式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。 ③、按使用环境与场合分：室外光缆、室内光缆、特种 光缆三大类。 ④、按网络层次分：光缆可分为长途光缆、市内光缆、 接入网光缆。
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• 光纤也如同世上其他事物一样，具有两面性，光纤本身同样存在缺点：
• （1) 光纤质地脆，即使对光纤垂直方向施加压力，均会造成光纤的断裂。
• (2) 光纤的连接，切断和接续需要一些精密的工具、设备和技术。
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光纤通信基础知识
中国电信股份有限公司金华分公司 线路中心 2010年3月
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光纤通信发展史
• 2000多年前烽火台——灯光、旗语 • 1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的
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• 标准单模光纤（G.652光纤）。零色散在1310NM，在波 长1550NM处衰减最小。
• 色散位移单模光纤（G.653光纤）。实现了在1550NM波 长低衰减和零色散。
• 1550NM波长最低衰减光纤（G.654光纤）。 • 非零色散位移光纤（G.655光纤）。 • 色散补偿光纤（G.65X光纤）。 • 色散平坦光纤。见“光纤通信介绍”。
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光纤通信的优点
光纤通信的特点及应用 • 光纤通信与传统的电缆通信或微波通信相比，具有如下明显的特点： • (1) 频带宽，通信容量大 • (2) 损耗低，传输距离长 • (3) 抗电磁干扰能力强 • (4) 无串话、保密性能好 • (5) 光纤的几何尺寸小，重量轻 • (6) 节约有色金属，原材料资源丰富 • (7) 光纤成本愈来愈低，经济效益日益显著 （8）耐腐蚀能力强，绝缘性能绝不因化学腐蚀而降低
挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的 损失。
不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴（单模光纤同 轴度要求小于0.8μm），端面与轴心不垂直，端面不平，对接 心径不匹配和熔接质量差等。
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想法。 • 1970年贝尔研究所在室温下可连续工作的半导体激
光器。同年在康宁公司做出损耗为20dB/km光纤。 • 1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。 • 我国上个20世纪80年代上海首先铺设一条1.8公里的
光纤线路。
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反射率分布：表征光学材料的一个重要参数是折射率， 用N表示，真空中的光速C与材料中光速V之比就是材料的 折射率。妈N＝C/V
光纤通信用的石英玻璃的折射率约为1.468。
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光基本知识
菲涅耳定律：n1sinθ1=n2sinθ2
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光纤的分类
按光在光纤中的传输模式可分为：多模（Multi-Mode） (简称：MM） 单模（Single-Mode）(简称：SM）
多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。但其模间 色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。 多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。多模光纤由于发光器件比较 便宜（用发光二极管）以及施工简易的特性，广泛用于短距离的通讯上，多模 光纤又分为50um芯径和62.5um芯径两种，其中62.5um的比较常见，但性能上没 有50um的好。
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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；
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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1.常用光缆的型号： 常用的通信光缆型号规格,如GYTA-8B1、GYSTS-
12B1 GY——通信用室（野）外光缆 8、12代表是8芯和12芯 B1代表G.652类是常规单模光纤。 通信光纤具体分为G.651、G.652、G.653、G.654、 G.655和G.656六个大类和若干子类
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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
外径：125µm
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光纤结构
光纤裸纤一般分为三层：
第一层：中心高折射率纤芯：折射率较高，用来传送光。
第二层：中间为低折射率硅玻璃包层：折射率较低，与纤 芯一起形成全反射条件。
第三层：最外是加强用的涂树脂保护层：强度大，能承受 较大冲击，保护光纤。
纤芯 包层
保护套
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光纤的尺寸
包层直径：125um(一根头发平均100um) 纤芯直径：单模9um
多模50/62.5um
125 9
125 50
单模
多模
125 62.5
多模
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数值孔径
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光通信的发展过程
潜望镜原理——光波导之雏形
雏形：古代烽火、手旗、灯光
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光纤通信的优点
J 频带宽、信息容量大 J 传输损耗低、无中继距离远 J 材料丰富 J 抗电磁干扰 J 光纤间串话小，保密性好 J 耐腐蚀、耐高压 J 体积小、质量轻
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光纤结构
纤 芯 包 层 涂敷层 护 套
尺寸规格：单模光纤内径：9µm 多模光纤内径：50µm
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• (3) 光信号的分路、耦合不灵活，较复杂。
• （4) 光缆的弯曲半径不能过小。
• (5)在偏僻地区存在有供电困难的问题。
• 上述这些弱点在技术上都是可以克服完善解决的，与其优越的性能相比，显 然微不足道。
• 正是光纤通信上述这些显著的优越性，它的应用范围相当广泛，除了公用通 信用外，电力、铁道、公路、化工、航天、军事、公安等部门的专用网均利 用光纤传送业务电话、数据检测，远距离控制和测定等各种信息传输业务。 随着通信的发展，工厂、企业、院校、大厦、居民小区的通信和自动化，计 算机通信的大发展，多媒体通信的需求，以及其他广泛的综合业务，都将光 纤通信作为其应用的领域，相信光纤通信作为当今大容量，长距离通信的主 干媒介，必将开创全球通信的新纪元。
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在 某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤 的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有 利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同 （AT&TCORNING）。
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单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。 实际上是阶跃型光纤的种，只是纤芯径很小，理论上只允许单一传播途径的直 进光入射至光纤内，并在纤芯内作直线传播。光纤脉冲几乎没有展宽。因此， 其模间色散很小，适用于远程通讯，单模光纤一般用于远距离通讯，芯径为 9um，单模GBIC产品在单模光纤上传输距离分别可以达到10公里、20公里、70 公里、120公里。
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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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光的折射，反射和全反射
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种 物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折 射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而 变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会 消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同 的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质 有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角 度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。