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光纤通信基本知识

2019-9-29 21:09| 来源:电工进修网| 检查: 2289| 评论: 0

摘要:   光纤通信的长处  ●通信容量大年夜  ●中继间隔长  ●不受电磁搅扰  ●资本丰富  ●光纤重量轻、体积小  光通信生长简史  2000多年前  烽火台——灯光、旗语  1880年  光德律风——无线光通信   ...

  光纤通信的长处
  ●通信容量大年夜
  ●中继间隔长
  ●不受电磁搅扰
  ●资本丰富
  ●光纤重量轻、体积小
  光通信生长简史
  2000多年前
  烽火台——灯光、旗语
  1880年
  光德律风——无线光通信
  1970年
  光纤通信
  ●1966年“光纤之父”高锟博士初次提出光纤通信的想法主意。
  ●1970年贝尔研究所林严雄在室温下可持续任务的半导体激光器。
  ●1970年康宁公司的卡普隆(Kapron) 之作出消耗为20dB/km光纤。
  ●1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。


  电磁波谱
  通信波段划分及照应传输序文


  光的折射/反射和全反射
  因光在不合物质中的传播速度是不合的,所以光从一种物质射向另外一种物质时,在两种物质的交界面处会产生折射和反射。并且,折射光的角度会随入射光的角度变更而变更。当入射光的角度达到或逾越某一角度时,折射光会消掉,入射光全部被反射回来,这就是光的全反射。不合的物质对雷同波长光的折射角度是不合的(即不合的物质有不合的光折射率),雷同的物质对不合波长光的折射角度也是不合。光纤通信就是基于以上道理而构成的。
  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与资估中光速V之比就是材料的折射率。
  N=C/V
  光纤通信用的石英玻璃的折射率约为1.5
  光通信的生长过程


  光的根本知识


  光纤构造
  光纤裸纤普通分为三层:
  第一层:中间高折射率玻璃芯(芯径普通为9-10μm,(单模)50或62.5(多模)。
  第二层:中心为低折射率硅玻璃包层(直径普通为125μm)。
  第三层:最外是加强用的树脂涂层。


  1)纤芯  core:折射率较高,用来传送光;
  2)包层  coating:折射率较低,与纤芯一路构玉成反射条件;
  3)保护套  jacket:强度大年夜,能遭受较大年夜冲击,保护光纤。
  3mm光缆   橘色       MM      多模
  黄色       SM       单模
  光纤的尺寸
  外径普通为125um(一根头发均匀100um)
  内径:单模9um  多模50/62.5um
  数值孔径
  入射到光纤端面的光其实不克不及全部被光纤所传输,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。光纤的数值孔径大年夜些关于光纤的对接是有益的。不合厂家临盆的光纤的数值孔径不合
  光纤的种类
  按光在光纤中的传输形式可分为:
  多模(Multi-Mode) (简称:MM)
  单模(Single-Mode)(简称:SM)
  多模光纤:中间玻璃芯较粗(50或62.5μm),可传多种形式的光。但其模间色散较大年夜,这就限制了传输数字旌旗灯号的频率,并且随间隔的增长会加倍严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM时则只要300MB的带宽了。是以,多模光纤传输的间隔就比较近,普通只要几千米。
  单模光纤:中间玻璃芯较细(芯径普通为9或10μm),只能传一种形式的光。实际上是阶跃型光纤的种,只是纤芯径很小,实际上只许可单一传播门路的直进光入射至光纤内,并在纤芯内作直线传播。光纤脉冲简直没有展宽。是以,其模间色散很小,实用于长途通信,但其色度色散起重要感化,如许单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的请求,即谱宽要窄,稳定性要好。
  光纤的分类
  按材料分类:
  玻璃光纤:纤芯与包层都是玻璃,消耗小,传输间隔长,本钱高;
  胶套硅光纤:纤芯是玻璃,包层为塑料,特点同玻璃光纤差不多,本钱较低;
  塑料光纤:纤芯与包层都是塑料,消耗大年夜,传输间隔很短,价格很低。多用于家电、音响,和短距的图象传输。
  按最好传输频率窗口:惯例型单模光纤和色散位移型单模光纤。
  惯例型:光纤临盆长家将光纤传输频率最好化在单一波长的光上,如1300nm。
  色散位移型:光纤临盆长家将光纤传输频率最好化在两个波长的光上,如:1300nm和1550nm。
  突变型:光纤中间芯到玻璃包层的折射率是突变的。其本钱低,模间色散高。实用于长途低速通信,如:工控。但单模光纤由于模间色散很小,所以单模光纤都采取突变型。
  突变型光纤:光纤中间芯到玻璃包层的折射率是逐步变小,可使高模光按正弦情势传播,这能增添模间色散,进步光纤带宽,增长传输间隔,但本钱较高,如今的多模光纤多为突变型光纤。
  经常使用光纤规格
  光纤尺寸:
  1)单模纤芯直径:9/125μm,10/125μm
  2)包层外径(2D)=125μm
  3)一次涂敷外径=250μm
  4)尾纤:300μm
  5)多模:
  50/125μm,欧洲标准
  62.5/125μm,美国标准
  6)工业,医疗和低速搜集:100/140μm, 200/230μm
  7)塑料:98/1000μm,用于汽车控制
  光纤衰减
  形成光纤衰减的重要身分有:本征,曲折,挤压,杂质,不均匀和对接等。
  本征:是光纤的固有消耗,包含:瑞利散射,固有接收等。
  曲折:光纤曲折时部分光纤内的光会因散射而损掉掉落,形成的消耗。
  挤压:光纤遭到挤压时产生渺小的曲折而形成的消耗。
  杂质:光纤内杂质接收和散射在光纤中传播的光,形成的损掉。
  不均匀:光纤材料的折射率不均匀形成的消耗。
  对接:光纤对接时产生的消耗,如:不合轴(单模光纤同轴度请求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不婚配和熔接质量差等。
  光缆的种类
  1)按敷设方法分有:自承重排挤光缆,管道光缆,铠装地埋光缆和海底光缆。
  2)按光缆构造分有: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)按用处分有:长途通信用光缆、长途室外光缆、混淆光缆和修建物内用光缆。
  光缆的接续与成端
  光缆的接续与成端是光缆线路保护人员必须控制的根本技能。
  光缆的接续技巧分类:
  1)光纤的接续技巧和光缆的接续技巧两部分。
  2)光缆的成端类似光缆的接续,只不过由于接头材料不合而操作应当也有所不合。
  光纤接续的种类
  光缆接续普通可分为两大年夜类:
  1)光纤的固定接续(俗称逝世接头)。普通采取光纤熔接机;用于光缆直接头。
  2)光纤的活动接头(俗称活接头)。用可以或许装配的连接器连接(俗称活接头)。用于光纤跳线、设备连接等处所
  由于光纤端面的不完全性和光纤端面压力的不均匀性,一次放电熔接光纤的接头消耗还比较大年夜,如今采取二次放电熔接法。先对光纤端面预热放电,给端面整形,去除尘土和杂物,同时经过过程预热使光纤端面压力均匀。
  光纤连接消耗的监测办法
  光纤连接消耗的监测办法有三种:
  1、在熔接机长停止监测。
  2、光源、光功率计监测。
  3、OTDR丈量法
  光纤接续的操作办法
  光纤接续操作普通分为:
  1、光纤端面的处理。
  2、光纤的接续装置。
  3、光纤的熔接。
  4、光纤接头的保护。
  5、余纤的盘留五个步调。
  平日全部光缆的接续按以下步调停止:
  第一步:大年夜量好长度,开剥光缆,除去光缆护套;
  第二步:清洗、去除光缆内的石油填充膏。
  第三步:捆扎好光纤。
  第四步:检查光纤心数,停止光纤对号,查对光纤色标能否有误;
  第五步:加强心接续;
  第六步:各类帮助线对,包含公事线对、控制线对、樊篱地线等接续(假设有上述线对。
  第七步:光纤的接续。
  第八步:光纤接头保护处理;
  第九步:光纤余纤的盘库留处理;
  第十步:完成光缆护套的接续;
  第十一步:光缆接头的保护。
  光纤的消耗
  1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km
  1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km
  850 nm :  2.3 ~ 3.4 dB/Km
  光纤熔接点消耗:0.08dB/点
  光纤熔接点 1点/2km
  罕见光纤名词


  1)衰减
  衰减:光在光纤中传输时的能量消耗单模光纤1310nm  0.4~0.6dB/km1550nm  0.2~0.3dB/km塑料多模光纤300dB/km
  2)色散
  色散(Dispersion):光脉冲沿着光纤行进一段间隔后形成的频宽变粗。它是限制传输速度的重要身分。
  模间色散:只产生在多模光纤,由于不合形式的光沿着不合的途径传输。
  材料色散:不合波长的光行进速度不合。
  波导色散:产生缘由是光能量在纤芯及包层中传输时,会以稍有不合的速度行进。在单模光纤中,经过过程改变光纤外部构造来改变光纤的色散异常重要。
  光纤类型
  G.652零色散点在1300nm阁下
  G.653零色散点在1550nm阁下
  G.654负色散光纤
  G.655色散位移光纤
  全波光纤
  3)散射
  由于光线的根本构造不完美,惹起的光能量损掉,此年光的传输不再具有很好的偏向性。


  光纤体系基本知识
  根本光纤体系的构架及其功能简介:
  1.发送单位:把电旌旗灯号转换成光旌旗灯号;
  2.传输单位:载送光旌旗灯号的介质;
  3.接收单位:接收光旌旗灯号并转换成电旌旗灯号;
  4.连接器件:连接光纤到光源、光检测和其它光纤。


  经常使用连接器类型


  连接头端面类型
  耦合器(coupler)
  重要功能再分派光旌旗灯号
  重要应用在光纤搜集
  特别是应用在局域网
  在波分复用器件上应用
  根本构造
  耦合器是双向无源器件
  根本情势有树型、星型
  ——与耦合器对应的有分路器(splitter)
  以图形表示


  波分复用器
  WDM—Wavelength Division Multiplexer在一条光纤中传输多个光旌旗灯号,这些光旌旗灯号频率不合,色彩不合。波分复用器就是要把多个光旌旗灯号耦合进同一根光纤中;解波分复用器就是从一根光纤中把多个光旌旗灯号辨别出来。
  波分复用器(图例)


  发送单位


  接收单位


  缩小年夜器
  光纤数字通信


  数字体系中脉冲的定义:
  1.振幅:脉冲的高度在光纤体系中表示光功率能量。
  2.上升时间:脉冲从最大年夜振幅的10%上升到90%所须要的时间。
  3.降低时间:脉冲从振幅的90%降低到10%所须要的时间。
  4.脉冲宽度:脉冲在50%振幅地位的宽度,用时间表示。
  5.周期:脉冲特定的时间,就是完成一个轮回所须要的任务时间。
  6.消光比:1旌旗灯号光功率于0旌旗灯号光功率的比值。
  光纤通信中经常使用单位的定义:
  1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin )
  Pout :输入功率 ; Pin :输入功率
  2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw)
  是通信工程中广泛应用的单位;
  平日表示以1毫瓦为参考的光功率;
  example: –10dBm表示光功率等于100uw。
  3.  dBu = 10 log10 ( P / 1uw)

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