1、信息工程系項目一、光纖通信技術4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統的發展史 新課導入思考1：什么是光傳輸設備？ 光傳輸設備就是把各種各樣的信號轉換成光信號在光纖上傳輸的設備，因此現代光傳輸設備都要用到光纖。 常用的光傳輸設備有：光端機，光MODEM，光纖收發器，光交換機，PDH，SDH、PTN等類型的設備。 一般而言，光傳輸設備都有傳輸距離較遠，信號不容易丟失，波形不容易失真等特點，可用于各種場所。所以越來越多場所都使用光傳輸設備代替傳統設備。 思考2：光傳輸設備行業的發展方向有哪些？ (1)3G網絡建設中基站、控制器、遠端射頻單元(RRU)之間的光

2、通信承載。 (2)寬帶接入推行“光進銅退”，光纖寬帶接入(FTTB/FTTH)。 (3)廣播有線電視網從單向傳輸的同軸電纜向為承載視頻和寬帶數據而進行雙向改造，以及長期的下一代廣播電視網升級(NGB)。 (4)以軟交換為核心，能提供話音、視頻和數據等多媒體業務的下一代寬帶互聯網(NGN)，以及普及“物-物”通信的物聯網的建設。 (5)此外，“平安城市”建設帶動的視頻監控、“無線城市”帶動的WiFi無線接入。項目一、光傳輸的普通業務配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統的發展史1)光纖通信？ 光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質將信息從一處傳

3、至另一處的通信方式，被稱之為“有線”光通信。當今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號衰減小，而遠優于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。2）光纖通信的發展簡史早期的光通信烽火臺、信號燈光電話紅寶石激光器、氦氖激光器 高錕、用于光頻的光纖表面波導康寧玻璃公司、超低損耗光纖日本&蘇聯、半導體激光器第一、二、三、四、五代光纖通信系統現代光纖通信自行閱讀：1.我國研究光纖通信的現狀？（P34) 2.光纖通信的四個發展階段？項目一、光傳輸的普通業務配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統的發展史任務二、光纖通信設備的組成部分1.光發信

4、機 光發信機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機就是常規的電子通信設備。2.光收信機 光收信機是實現光/電轉換的光端機。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機去。3、中繼器 中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖近行政性。4、光纖連接器、耦合器等無源器

5、件由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。項目一、光傳輸的普通業務配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統的發展史1）光纖通信系統的優點 1.頻帶寬，通信容量大。 光纖可利用的帶寬約為50000GHz，一對光纖能同時傳輸24192路電話，2.4Gb/s系統，能同時傳輸30000多路電話。 2.損耗低，中繼距離長。 由于光纖的損耗低，所以能實現中繼距離長，

6、由石英光纖組成的光纖通信系統最大中繼距離可達200多千米。 3.抗電磁干擾。 光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受電氣化鐵路饋電線和高壓設備等工業電器的干擾。 4.無串音干擾，保密性好。 在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸的信息。 5.光纖線徑細、重量輕、柔軟。 光纖的芯徑很細，約為0.1mm，它只有單管同軸電纜的百分之一；光纜的直徑也很小。 6.光纖的原材料資源豐富，用光纖可節約金屬材料。 光纖的材料主要是石英(二氣化硅)，地球上有取之不盡用之不竭的原材料。 事物都是一分為二的，光纖通信也存在以下缺點： （1）抗拉強度低 由于光纖在生產過程中表面

7、存在或 產生微裂痕，光纖受拉時應力全都加于此，從而使光纖的實際抗拉強度非常低。 （2）光纖連接困難 由于光纖的纖芯很細，加 之石英的熔點很高，因此連接很困難，需要有昂貴的專門工具。 （3）光纖怕水 水進入光纜后主要會產生三個方面的問題：使信道總損耗增大，甚至使通信中斷；水進入光纜后，會造成光纜中的金屬 構件氧化，使金屬構件腐蝕；水結冰體 積增大有可能壓壞光纖。2 2）光纖通信的缺點）光纖通信的缺點 光纖的種類很多，分類方法也是各種各樣的。 （1）按照制造光纖所用的材料分：石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖。 塑料光纖是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（

8、有機玻璃）制成的。它的特點是制造成本低廉，相對來說芯徑較大，與光源的耦合效率高，耦合進光纖的光功率大，使用方便。但由于損耗較大，帶寬較小，這種光纖只適用于短距離低速率通信，如短距離計算機網鏈路、船舶內通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纖。3 3）光纖的分類）光纖的分類 （2）按光在光纖中的傳輸模式分：單模光纖和多模光纖。 多模光纖 多模光纖(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯較粗(50或62.5m)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距

9、離就比較近，一般只有幾公里。 單模光纖 單模光纖(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10m)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但還存在著材料色散和波導色散，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。（3）按最佳傳輸頻率窗口分：常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。常規型：光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300m。色散位移型： 為了使光纖較好地工作在1.55m處，人們設計出一種新的光纖，叫做色散位移光纖（DSF）。這種光纖可以對色散進行補償，使光纖的零色散點從1.31m處移到1.55m附近

10、。這種光纖又稱為1.55m零色散單模光纖，代號為G653。 （4）按折射率分布情況分：階躍型和漸變型光纖。 階躍型：光纖的纖芯折射率高于包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產生全反射而前進。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。這種光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率不能太高，用于通信不夠理想，只適用于短途低速通訊，比如：工控。 漸變型光纖：為了解決階躍光纖存在的弊端，人們又研制、開發了漸變折射率多模光纖，簡稱漸變光纖。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高次模的光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高。（5）按光纖的工

11、作波長分：短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。 短波長光纖是指0.80.9m的光纖；長波長光纖是指1.01.7m的光纖；而超長波長光纖則是指2m以上的光纖。項目一、光傳輸的普通業務配置4光纖通信的傳輸特性2光纖通信設備的組成部分3光纖通信的特性及分類1光纖通信系統的發展史 光信號在光纖中傳輸的距離要受到色散和損耗的雙重影響。色散會使在光纖中傳輸的數字脈沖展寬引起碼間干擾從而降低信號質量，當碼間干擾使傳輸性能劣化到一定程度時傳輸系統就不能工作了。損耗的存在使光纖中傳輸的光信號隨著傳輸距離的增加而功率不斷下降， 當光功率下降到一定程度時接收機端將無法正確識別光脈沖中的信息。 材料的折射率隨入射光

12、頻率的減小（或波長的增大）而減小的性質，稱為“色散” 色散可通過棱鏡或光柵等作為“色散系統”的儀器來實現。如一細束陽光可被棱鏡分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光。這是由于復色光中的各種色光的折射率不相同。 當它們通過棱鏡時，傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡則便各自分散。 光信號在光纖傳輸過程中的損耗主要來自于以下幾個方面：（1）光纖材料的吸收與散射損耗；（2）光纖中的微彎與宏彎輻射損耗；（3）光纖的連接與耦合損耗。其中第一種損耗是由于光纖制造和材料引起，在損耗中是最主要的；而后兩種是光纖使用及光系統連接時引起。 吸收損耗 光纖的吸收損耗主要包括：光纖材料的本征吸收損耗，雜質的吸收損耗

13、和原子缺陷吸收損耗。 散射損耗 在光纖材料中，由于某種遠小于波長的不均勻性(例如折射率不均勻，摻雜離子濃度不均勻等)引起光的散射從而構成光纖的散射損耗。這種損耗也是光纖的固有損耗，并且決定光纖損耗的最小值。 在光纖中存在著3種散射機理，即瑞利散射、受激拉曼散射和受激布里淵散射。 光纖在實際應用中不町避免的要產生彎曲，從而產生輻射損耗。光纖彎曲產生的損耗可以分為3種：微彎損耗、過渡彎曲損耗和宏彎損耗。其中宏彎損耗是由光纖實際應用中必須的盤繞、曲折等引起的宏觀彎曲導致的損耗；過渡彎曲損耗是光纖由直到彎曲的突變中產生的損耗；微彎源于光纖幾何形狀的非理想性，例如芯包層分界面不規則、氣泡，直徑起伏及軸向偏差等。其他形式的微彎由一些外部影響引起，例如壓迫、拉緊或纏繞引起的機械力。源于這些機制的散射損耗叫做微彎損耗。此類損耗可以通過加大纖芯和包層間的折射率差或 嚴格的光纖制作及成纜得以降低。（2 2）光纖中的微彎與宏彎輻射損耗（輻射損耗）光纖中的微彎與宏彎輻射損耗（輻射損耗） 光纖的色散是在光纖中傳輸的光信號，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時延不同引起的脈沖展寬的物理效應。色散主要影響系統的傳輸容量，也對中繼距離有影響。色散的大小常用時延差表示，時延差是光脈沖中不同模