情景一：光传输系统设备安装(光线通信基础知识)

满足全反射条件和相位一致条件： 光纤就是利用纤芯折射率高于包层折射率的 特点，使落于数值孔径内的光线束缚在光纤中， 并在芯边界形成全反射，这样循环往复使光信 号从一端传送到另一端。
n2 n1
光纤导光原理
P21
只有端面入射角小于 Φ角的光线才在光 纤中以全反射的形式向前传播。此 Φ角 称为光纤波导的孔径角，通常用 Φmax表 示，而把其正弦函数定义为光纤的数值 孔径，用NA表示，即
NA =
n − n = n1 2 ∆
2 1 2 2
Φ max=arcsin(NA) 光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的 能力。NA越大，光纤接收光的能力也越 越大， 越大 强。
知识学习储备1——光纤通信、光纤与光缆
光纤结构与导光原理 光纤通信系统基础知识 光缆类型及应用场景
光纤通信系统 典型光纤通信系统的原理框图
光缆型式 结构特征代号（缆芯和光缆的派生结构 特征代号 ）
无符号——光纤松套被覆结构、层绞结构 J——光纤紧套被覆结构 D──光纤带结构 T──填充式结构 Z──自承式结构 B──扁平式形状 G——骨架槽结构
护层代号
Y──普通聚乙烯 V ── 聚氯乙烯 U──聚氨酯 A ── 铝-聚乙烯粘结 S ── 钢-铝-聚乙烯粘结 L ──铝 G ── 钢 Q ──铅
P18
n1 n2
θ1
θ3
θ2
n1<n2
光纤导光原理 光纤中光波的传输原理-全反射之字线 传输。
n1> n2 折射光 折射率 折射率n1
θ1
入射光 反射光
当n1>n2 只要满足全内反射条件连 θ1 > θc时 续改变入射角的任何光射 发生全反射 （θc：临界角） 线都能在光纤纤芯内传输
光纤导光原理
光缆结构 护层：成缆的光纤芯线起保护作用，避 免受外界机械力和环境损坏。 加强芯：承受敷设安装时所加的外力。
光缆分类
P40
按结构、按敷设方式、按光纤的套塑方法、按 使用环境分类、按加强件配置方法、按光纤种 类分类、若按光纤芯数多少分类、若按护层材 料性质分类。 目前工程中常用的光缆有下面类别： 室（野）外光缆—用于室外直埋、管道、架空 及水底敷设的光缆。 室（局）内光缆—用于室内布放的光缆。 软光缆—具有优良的曲绕性能的可移动光缆。 设备内光缆- —用于设备类布放的光缆。 海底光缆—用于跨海洋敷设的光缆。
各种典型光缆 中心束管式钢丝铠装室外光缆(野外直埋 )
光缆的结构是将单模或多模光纤套入松套管中，在其 外绞绕一圈钢丝铠装，并充满防潮光纤用油膏,一层双 面涂塑皱纹钢带纵包，并挤上PE外护套组成光缆。钢 带和松套管之间加阻水材料以保证光缆的紧凑和纵向 阻水。
各种典型光缆 中心管式轻铠室外光缆(野外架空﹑管道 )
光纤数目： 用1、2……表示实际光纤数量
光缆规格 光纤类别： J——二氧化硅多模渐变型光纤 T——二氧化硅多模突变型光纤 Z——二氧化硅多模准突变型光纤 D——二氧化硅单模光纤 X——二氧化硅纤芯塑料包层光纤 S——塑料光纤 光纤主要尺寸参数： 用阿拉伯数字及单位µm表示
光缆规格 波长：a
数字代号规定：1—0.85 µm 2—1.31 µm 3— 1.55 µm
光通信发展历史 难题之二：光源
1960年美国梅曼（T.H.Maiman）发明 红宝石激光器
1970年贝尔研究所的林严雄等人研 制出能够在室温下连续工作的半导体激 光器。 1977年贝尔研究所和日本的电报电 话公司几乎同时研制出寿命达100万小 时的半导体激光器，从而有了真正实用 的激光器。
光通信发展历史 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行 了世界上第一个实用光纤通信系统的现 场试验。 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途 干线。 1988年第一条横跨大西洋 TAT-8海底光 缆通信系统建成。 1989年第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统建成。
线径 × 导线材料（T表示铝线，无表示铜线）
例： +2 ×1 ×0.5 表示2个线径为0.5mm的 铜导线单线
光缆型号举例
GYGZL03-12T50/125（21008）C+5 ×4 ×0.9
光缆型号举例
GYGZL03-12T50/125（21008）C+5 ×4 ×0.9 GY通信用室外光缆 G金属重型加强构件 Z自承式 L铝护套 03无铠装层聚乙烯护层 1212根光纤 T 二氧化硅多模突变型光纤 50/125芯径/包层直径50/125 µm 2 波长1.31 µm 10 损耗10 dB/km 08 带宽800 MHz.km C 温度-20 ℃ ~ +60 ℃ +5 ×4 ×0.9 5根，四线组，铜质线径0.9mm。
光纤线路
6 5 4 3 2
0。 4 0。 2
第一窗口
1
C 波段 1525~1565nm 第二窗口 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
波长——λ（µm） 波长 ）
L波段 波段
普通单模光纤的衰减随波长变化示意图
光接收机 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 组成框图：
光纤结构
纤芯
包层
涂敷层
护套
光纤分类
分类方式 折射率 传输模式 阶跃光纤 渐变光纤 单模光纤 多模光纤 短波长光纤 传输波长 长波长光纤 超长波长光纤
单个模式 多个模式 0.85微米 1.3-1.6微米 2微米
种类
阶跃光纤与渐变光纤
多模光纤与单模光纤
光纤导光原理
菲涅耳定律： θ1 入射角 n1sin θ1 = n2sin θ2 ， θ1 = θ3
学习内容
光传输网开通 光传输网业务配置（SDH光传输设备的组 网配置） 光传输网维护 光传输设备基础维护 光传输设备配置维护 光传输设备故障处理维护
知识学习储备1——光纤通信、光纤与光缆
光纤结构与导光原理 光纤通信系统基础知识 光缆类型及应用场景
光通信发展历史 探索时期的光通信
烽火台 旗语
1880年美国人贝尔（Bell）发明的光电话
光纤通信应用
构成Internet 广域网
构成Internet 局域网
综合业务 光纤接入网
光纤通 信应用
有线电视网的 干线和分配网
通信网
光纤通信典型应用 作 为 校 园 骨 干 传 输 网
光纤通信典型应用
光 纤 接 入 互 联 网
光纤通信的特点 容许频带很宽，传输容量很大 损耗很小，中继距离很长且误码率很小 重量轻、体积小 抗电磁干扰性能好 泄漏小，保密性能好 节约金属材料，有利于资源合理使用
光缆型式 外护层代号：
代号 铠装层(方式) 无 — 双钢带 细圆钢丝 粗圆钢丝 单钢带皱纹纵包 代号 外护层(材料) 无 纤维层 聚氯乙烯套 聚乙烯套 —
0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 — —
—
例：23──双钢带铠装聚乙外护套
光缆规格 光缆规格有五部分7项组成：
a 光纤 光纤 光纤主要 数目 类别 尺寸参数 波长 适应 损耗 带宽 温度 bb cc
光纤通信系统各部分作用 光发射机作用：
进行电/光转换，并把转换成的光脉冲 信号码流输入到光纤中进行传输。
光纤作用：
完成光波的传输。
光接收机作用：
进行光/电转换。
光发射机
基本组成框图：
电信号输入
驱动电路
直接调制：输出光随电信号变 化，技术简单，成本低，调制 速率由激光器频率限制。
光源 LD LED
损耗：bb 两位数字表示光纤损耗常数值个、
十位，单位dB/km
带宽：cc 两位数字适应温度：
A(-40 ℃ ~ +40 ℃) C(-20 ℃ ~ +60 ℃) B(-30 ℃ ~ +50 ℃) D(-5 ℃ ~ +60 ℃)
光缆规格 附加金属导线（对、组）编号： + 导线（对组）数目 × 导线组内数目× 导线
光通信发展历史
光通信三要素： 光源 传输介质 光检测
光通信发展历史 难题之一：传输介质
理想光传输介质的寻找透明度很高的石 英玻璃丝叫做光学纤维，简称“光纤”。 “光纤” 1966年7月英藉华人高锟（K.C.Kao)博 士和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表关于 传输介质新概念的论文，指出利用光纤进 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年美国康宁玻璃公司世界上第一根 低损耗的石英光纤
通道耦合器
光输出
光发射机
基本组成框图：
间接调制：调制速率高，技术 复杂，成本高。波分复用和相 干光通信系统中使用。 驱动电路
电信号输入
光源 LD LED
光输出
调制器
通道耦合器
光纤线路
P24\27
把来自光发射机的光信号，尽可能的减 少失真和衰减地传到光接收机。 光纤、 光纤接头、光纤连接器。
低损耗 “窗口”：普通石英光纤在近红外波段， 窗口” 除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小， 在0.85µm、1.31µm和1.55µm有三个损耗很小的 波长“窗口”。
电子电路
电信号输出 光输入 耦合器 光电检测器 解调器
光接收机
知识学习储备1——光纤通信、光纤与光缆
光纤结构与导光原理 光纤通信系统基础知识 光缆类型及应用场景
光缆结构 光缆：缆芯、护层、加强芯 缆芯：光纤的芯数决定。
玻璃封套 塑料外套
P34
玻璃内芯
单芯光缆
塑料外套
外壳
多芯光缆
玻璃内芯 玻璃封套
光传输系统运行与维护
-绪论
通信与信息工程系 2011年2月
课程前言