第一部分：光纤通信基础ppt课件

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1、3,M Telecommunications,3,Telecommunications,光纤通信基础,Volition,TM,光纤通信基础Volition TM,光纤通信的特点,以光频作为载频传输信号,以光导纤维，即,光纤,，作为传输介质,光纤通信的特点以光频作为载频传输信号,光纤的成分,通信光纤的主要成分是,高纯度石英,光纤的成分通信光纤的主要成分是高纯度石英,裸纤结构及,光在纤芯中传播,保护层(包层，125微米)折射率,n2,纤芯层折射率,n1.,n1n2,光纤结构的关键,n,1,n,2,裸纤结构及光在纤芯中传播保护层(包层，125微米)折射率n2,光纤工作原理,n,1,n,2,q,2,q

2、,1,q,1,90,q,c,q,c,n,2,n,1,n,1,sin,q,1,=,n,2,sin,q,2,入射角 临界,q,c,发生全反射,n,1,sin,q,c,=,n,2,sin,90=,n,2,光的反射、折射,光的全反射,n,1,n,2，,形成全反射,光纤工作原理n1n2q2q1q190qcqcn2n1n1s,光纤的结构,外层(,PVC),包层(125),加强层(,Kevlar),缓冲层(,PVC),一次涂覆(250),纤芯(8.3-9/50/62.5),光纤的结构外层(PVC)包层(125)加强层(Kevl,光纤涂敷层作用,减小微弯损耗,增加抗磨损功能,改进抗老化性能,防潮,易于采用机械

3、方法剥除,涂敷层为光纤提供物理保护,光纤涂敷层作用 减小微弯损耗涂敷层为光纤提供物理保护,光纤模式分类,多模光纤,62.5/125、50/125,单模光纤,8.3-9/125,Multimode,62.5 micron,Multimode,50 micron,Singlemode,8.3-9 micron,光纤模式分类多模光纤62.5/125、50/125 M,多模光纤分类：50,62.5/,OM1,OM2,OM3,多模光纤标准等级,带宽,850,NM,MHZ.KM(min),带宽,1300,NM,MHZ.KM(min),距离（米）,1,GB/s 850NM,距离（米）,1,GB/s 1300

4、NM,距离（米）,10,GB/s 850NM,距离（米）,10,GB/s 1300NM,旧的光纤分类,62.5,微米,160,200,500,33,50,微米,400,600,新的光纤分类,OM1(62.5),200,500,275,500,300,OM2,（,50,）,500,500,550,550,82,OM3(50),1500/2000,500,550,300,300,注：,OM3,光纤使用激光发射器（,LL,），,在,850,NM,波长带宽可达,2000,MHZ.km,OM3,光纤使用,LED,发射器（,OFL,），,在,850,NM,波长带宽可达,1500,MHZ.KM,OM1,光纤

5、可以使用,CWDM,技术在,300,米距离上支持,10,GB/s,。,所有光纤在,850,NM,波长的衰减为,3.5,DB/KM(max),，,在,1300,NM,波长的衰减为,1.5,DB/KM,（,max,）。,多模光纤分类：50,62.5/OM1,OM2,OM3多模,10,Gbps,1,G,1,G,1,G,1,G,1,G,2019,LAN Switch,Enterprise Switch,100,Mbps,LAN Switch,10,10,10,10,10,2019,LAN Switch,1,Gbps,100,100,100,100,100,2000,新一代多模光纤（,OM3）,支持万兆

6、10,G,以太网,企业数据网络的发展：,10,Gbps,万兆以太网是大势所趋,10 Gbps 1 G1 G1 G1 G1 G2019,万兆10,G,光纤标准依据,ISO,已于2019年3月正式颁布了,基于新一代多模光纤（,OM3）,支持万兆10,G,以太网的,IEEE802.3ae,标准文本！,万兆10G光纤标准依据ISO已于2019年3月正式颁布了,OM3,光纤,OM1,：62.5,m,多模光纤；,OM2,：50,m,多模光纤；,OM3,是新出现的万兆光纤，是50,m,多模光纤,OM3,光缆同时在,LED,或激光光源两种模式下都进行了优化,支持万兆以太网的传输,适应对未来的考虑：平均每5年，

7、网络主干速度会提升10倍,OM3光纤OM1：62.5m多模光纤；OM2：50m多,支持万兆以太网的传输方式,OM3光纤系统在短距离上具有明显性能/价格比优势。,波长,OM1,OM2,OM3,SM,成本对比,（包括有源设备）,850,serial10gbase-sr 10gbase-sw,35m,65m,300m,na,1x,1310,cwdm10gbase-lx410gbase-lw4,300m,300m,300m,2-10km,3-4x,1310,serial10gbase-lr10gbase-lw,na,na,na,2-10km,1.5-2x,1550,serial10gbase-er10

8、gbase-ew,na,na,na,40km,4-6x,支持万兆以太网的传输方式波长OM1OM2OM3SM成本对比,n,2,多模光纤：可以传输若干个模式,n,1,n,1,n,2,单模光纤和多模光纤,单模和多模光纤的传输模式不同,n,2,n,1,单模光纤：对给定的工作波长只能传输一个模式,n,1,n,2,n 2多模光纤：可以传输若干个模式 n 1n 1 n 2,光纤的传输模式,光线在光纤中传输，就是交变的电场和磁场在光纤中传输。电磁场的各种不同分布形式，称为模式。模式大致可分为基模，低次模和高次模。每种模式都有一个与它相对应特定的入射角。高次模对应于大的入射角。低次模对应于小的入射角。光纤端面要

9、求光波的入射临界角,c,越大模数就越多，光纤芯径越粗时模数越多。,光纤的传输模式,光纤的衰减,是指光功率随传输距离的增加而衰减,低衰减是实现远距离光纤通信的前提,用衰减系数来表示损耗，其单位是,dB/km,光纤的衰减 是指光功率随传输距离的增加而衰减,光纤的衰减系数,光源,光脉冲,光纤,L,p,i,p,o,光脉冲,A,B,光纤衰减示意图,a=10/L log p,i,/P,o,（dB/Km）,p,i,p,o,光纤的输入、输出功率,L ,光纤的长度,a ,每千米光纤的衰减值，即衰减系数,几个典型值:3,dB 50%,光传输,10,dB 10%,光传输,20,dB 1%,光传输,光纤的衰减系数光源

10、光脉冲光纤Lpipo光脉冲AB光纤衰减示意,引起光纤衰减的原因,一、吸收损耗,（1）本征吸收,光纤材料（,SiO,2,）,本身吸收光能而产生的。又称为固有吸收，是不可消除的。只有选用本征吸收比较小的材料，才能减少其损耗值。,（2）杂质吸收,主要是由于光纤中各铁、铜、锰、铬、钒等过渡金属离子和氢氧根（,OH）,离子，这些离子在光的激励下产生振动，吸收光能，从而造成对光的吸收。,引起光纤衰减的原因一、吸收损耗,引起光纤衰减的原因,二、散射损耗,（1）瑞利散射损耗,光纤材料的本征损耗。它是由材料折射率分布小尺度的随机不均匀性所引起的。它和波长的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。,（2）波导散射损耗

11、（结构不完善损耗）,光纤波导结构缺陷引起的损耗，这种损耗与波长无关。光纤波导结构缺陷主要由熔炼工艺不完善和拉丝工艺不适当引起的。,引起光纤衰减的原因二、散射损耗,引起光纤衰减的原因,三、弯曲和微弯曲损耗,弯曲损耗是由于光纤中的传导模在光纤的弯曲部分转换成辐射模而造成的。它与光纤的弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小。,微弯曲损耗是由于成缆时产生的不均匀侧向压力引起的。波导散射损耗是在光纤制造过程中产生的，而微弯曲损耗是在光纤制成之后，从侧面对光纤施加压力时，使光纤轴产生微米级弯曲引起的。,引起光纤衰减的原因三、弯曲和微弯曲损耗,O,二,12801325,nm,E,五,13601460

12、,nm,0,0.3,0.6,0.9,1.2,1250,1300,1350,1400,1450,1500,1550,1600,波长,(,nm),衰 减（,dB/km),光纤衰减曲线,L,C,三,15301565,nm,四,15651625,nm,OE00.30.60.91.2125013001350140,光纤的重要特性色散,色散的概念：光信号中不同频率成分或不同模式的光在光纤中传输速度和 距离不一样，到达终点有先后，从而产生波形畸 变，称之为色散。,输 入 脉 冲,输 出 脉 冲,光纤的重要特性色散色散的概念：光信号中不同频率成分或不同模,光纤的色散与带宽的关系,不同模式之间传播速度不同而产生

13、的时延差，随光纤长度积累,色散导致码间干扰，增加误码率，限制了光纤的通信容量,色散越大，带宽越小,a,n,1,n,2,n,1,n,2,光纤的色散与带宽的关系不同模式之间传播速度不同而产生的时延差,影响光纤传输的因素,光纤的各个组成部分的材料质量及制造工艺的质量,光纤的弯曲半径,作用在光纤上的外力，如捆扎、扭曲,光纤连接器及其连接操作的质量,光纤接续的质量,影响光纤传输的因素光纤的各个组成部分的材料质量及制造工艺的质,应力,弯曲,扭转,外力对光纤的影响,PMD=,时间延迟,外力作用下的光纤,理想光纤,偏振模色散(,PMD),PMD,对大容量数字和模拟通信系统工作是十分重要的,应力弯曲扭转 外力对

14、光纤的影响PMD=时间延迟外力作用下,光源的种类及区别,LED:,发光二极管,发荧光（非相干光），谱线宽，入纤功率小，调制速率低，适合于低速短距离系统；使用简单寿命长。,LD：,输出激光（相干光），谱线窄，入纤功率高，调制速率高，适合于高速长距离系统；温度敏感相对寿命短。,光源的种类及区别LED:发光二极管,发荧光（非相干光），谱线,LED&LD,激光器的比较,LED&LD激光器的比较,光纤在以太网中的应用,10,Base-FL,:,多模光纤传输的10,Mbps,以太网，线缆的最大长度为2000米；,100,Base-FX,：,多模光纤(1300纳米波长）传输的100,Mbps,以太网，62.

15、5微米缆最长2000米，50微米缆最长2000米；,100,BASE-SX,:,多模光纤(850纳米波长）传输的100,Mbps,以太网，62.5微米缆最长300米，50微米缆最长300米；,1000,Base-SX,：,多模（850纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网，62.5微米缆最远传输距离275米，50微米缆最长550米；,1000,Base-LX,：,多模（1300纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网，62.5微米缆最远传输距离550米，50微米缆最长550米,光纤在以太网中的应用,各种协议支持的距离和信道衰减,应用,波长,（,nm,）,最大距离,m,（,ft,）,最大信道衰减（,dB,

16、）,62.5,m,50,m,62.5,m,50,m,1,10BASE-FL,（,以太网）,850,2,000,(6,560),12.5,8.2,100BASE-FX,（,快速以太网）,1300,2,000,(6,560),11.0,6.7,100BASE-SX,（,快速以太网）,850,300,(984),4.0,4.0,4.5,1000BASE-SX,2,（,千兆比特以太网）,850,275(902),550(1,804),3.2,3,3.9,3,1000BASE-LX,2,（,千兆比特以太网）,1300,550(1,804),550(1,804),4.0,3,3.5,3,各种协议支持的距离和信道衰减应用 波长最大距离m（ft）最,注：上标说明,1.对基于,LED,的应用，相对于62.5,m,光纤，对50,m,光纤来说，光源的最大耦合损耗是4.3,dB。10BASEFL,规定了对50,m,光纤的最大耦合损耗为5.7,dB。,令牌环，,FDDI,和100,BASE-FX,规定了对50,m,光纤的最大耦合损耗为5.0,dB。,2,这是基于激光光源的应用。,3根据,IEEE 802.3z，