主流線(xiàn)技術(shù)分享 | 兩千年來(lái)，人類(lèi)從未停止過(guò)對光的探索...

　　光通信發(fā)展簡(jiǎn)史

　　2000多年前

　　烽火臺——燈光、旗語(yǔ)

　　1880年

　　光電話(huà)——無(wú)線(xiàn)光通信

　　1970年

　　光纖通信

　　●1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。

　　●1970年貝爾研究所林嚴雄在室溫下可連續工作的半導體激光器。

　　●1970年康寧公司的卡普隆(Kapron) 之作出損耗為20dB/km光纖。

　　●1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線(xiàn)路。

　　電磁波譜

　　通信波段劃分及相應傳輸媒介

　　光的折射/反射和全反射

　　因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì )產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì )隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過(guò)某一角度時(shí)，折射光會(huì )消失，入射光全部被反射回來(lái)，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長(cháng)光的折射角度是不同的(即不同的物質(zhì)有不同的光折射率)，相同的物質(zhì)對不同波長(cháng)光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。

　　反射率分布：表征光學(xué)材料的一個(gè)重要參數是折射率，用N表示，真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。

　　N=C/V

　　光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.5

　　光通信的發(fā)展過(guò)程

　　光的基本知識

　　光纖結構

　　光纖裸纖一般分為三層：

　　第一層：中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為9-10μm,(單模)50或62.5(多模)。

　　第二層：中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)。

　　第三層：最外是加強用的樹(shù)脂涂層。

　　1) 纖芯  core：折射率較高，用來(lái)傳送光;

　　2) 包層  coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件;

　　3) 保護套  jacket：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。

　　3mm光纜   橘色       MM　     多模

　　黃色       SM　      單模

　　光纖的尺寸

　　外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)

　　內徑：?jiǎn)文?um  多模50/62.5um

　　數值孔徑

　　入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內的入射光才可以。這個(gè)角度就稱(chēng)為光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的光纖的數值孔徑不同。

　　光纖的種類(lèi)

　　按光在光纖中的傳輸模式可分為：

　　多模(Multi-Mode) (簡(jiǎn)稱(chēng)：MM)

　　單模(Single-Mode)(簡(jiǎn)稱(chēng)：SM)

　　多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，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(huì )更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。

　　單模光纖：中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。實(shí)際上是階躍型光纖的種，只是纖芯徑很小，理論上只允許單一傳播途徑的直進(jìn)光入射至光纖內，并在纖芯內作直線(xiàn)傳播。光纖脈沖幾乎沒(méi)有展寬。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，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。

　　光纖的分類(lèi)

　　按材料分類(lèi)：

　　玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長(cháng)，成本高;

　　膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低;

　　塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。

　　按最佳傳輸頻率窗口:常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。

　　常規型：光纖生產(chǎn)長(cháng)家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長(cháng)的光上，如1300nm。

　　色散位移型：光纖生產(chǎn)長(cháng)家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長(cháng)的光上，如：1300nm和1550nm。

　　突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。

　　漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，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，現在的多模光纖多為漸變型光纖。

　　常用光纖規格

　　光纖尺寸：

　　1)單模纖芯直徑：9/125μm，10/125μm

　　2)包層外徑(2D)=125μm

　　3)一次涂敷外徑=250μm

　　4)尾纖：300μm

　　5)多模：62.5/125μm，美國標準

　　6)工業(yè)，醫療和低速網(wǎng)絡(luò )：100/140μm， 200/230μm

　　7)塑料：98/1000μm，用于汽車(chē)控制50/125μm，歐洲標準

　　光纖衰減

　　造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對接等。

　　本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。

　　彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內的光會(huì )因散射而損失掉，造成的損耗。

　　擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。

　　雜質(zhì)：光纖內雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。

　　不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。

　　對接：光纖對接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸(單模光纖同軸度要求小于0.8μm)，端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。

　　光纜的種類(lèi)

　　光纜接續一般可分為兩大類(lèi)：

　　1)光纖的固定接續(俗稱(chēng)死接頭)。一般采用光纖熔接機;用于光纜直接頭。

　　2)光纖的活動(dòng)接頭(俗稱(chēng)活接頭)。用能夠拆卸的連接器連接(俗稱(chēng)活接頭)。用于光纖跳線(xiàn)、設備連接等地方

　　由于光纖端面的不完整性和光纖端面壓力的不均勻性，一次放電熔接光纖的接頭損耗還比較大，現在采用二次放電熔接法。先對光纖端面預熱放電，給端面整形，去除灰塵和雜物，同時(shí)通過(guò)預熱使光纖端面壓力均勻。

　　光纖連接損耗的監測方法

　　光纖連接損耗的監測方法有三種：

　　1、在熔接機上進(jìn)行監測。

　　2、光源、光功率計監測。

　　3、OTDR測量法

　　光纖接續的操作方法

　　光纖接續操作一般分為：

　　1、光纖端面的處理。

　　2、光纖的接續安裝。

　　3、光纖的熔接。

　　4、光纖接頭的保護。

　　5、余纖的盤(pán)留五個(gè)步驟。

　　通常整個(gè)光纜的接續按以下步驟進(jìn)行：

　　第一步：大量好長(cháng)度，開(kāi)剝光纜，除去光纜護套;

　　第二步：清洗、去除光纜內的石油填充膏。

　　第三步：捆扎好光纖。

　　第四步：檢查光纖心數，進(jìn)行光纖對號，核對光纖色標是否有誤;

　　第五步：加強心接續;

　　第六步：各種輔助線(xiàn)對，包括公務(wù)線(xiàn)對、控制線(xiàn)對、屏蔽地線(xiàn)等接續。

　　第七步：光纖的接續。

　　第八步：光纖接頭保護處理;

　　第九步：光纖余纖的盤(pán)庫留處理;

　　第十步：完成光纜護套的接續;

　　第十一步：光纜接頭的保護。

　　光纖的損耗

　　1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km

　　1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km

　　850 nm :  2.3 ~ 3.4 dB/Km

　　光纖熔接點(diǎn)損耗：0.08dB/點(diǎn)

　　光纖熔接點(diǎn) 1點(diǎn)/2km

　　常見(jiàn)光纖名詞

　　1)衰減

　　衰減：光在光纖中傳輸時(shí)的能量損耗單模光纖1310nm  0.4~0.6dB/km1550nm 0.2~0.3dB/km塑料多模光纖300dB/km

　　2)色散

　　色散(Dispersion)：光脈沖沿著(zhù)光纖行進(jìn)一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。

　　模間色散：只發(fā)生在多模光纖，因為不同模式的光沿著(zhù)不同的路徑傳輸。

　　材料色散：不同波長(cháng)的光行進(jìn)速度不同。

　　波導色散：發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會(huì )以稍有不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過(guò)改變光纖內部結構來(lái)改變光纖的色散非常重要。

　　光纖類(lèi)型

　　G.652零色散點(diǎn)在1300nm左右

　　G.653零色散點(diǎn)在1550nm左右

　　G.654負色散光纖

　　G.655色散位移光纖

　　全波光纖

　　3)散射

　　于光線(xiàn)的基本結構不完美，引起的光能量損失，此時(shí)光的傳輸不再具有很好的方向性。

　　光纖系統基礎知識

　　基本光纖系統的構架及其功能介紹：

　　1.發(fā)送單元：把電信號轉換成光信號;

　　2.傳輸單元：載送光信號的介質(zhì);

　　3.接收單元：接收光信號并轉換成電信號;

　　4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖。

　　常用連接器類(lèi)型

　　連接頭端面類(lèi)型

　　耦合器（coupler）

　　主要功能再分配光信號

　　重要應用在光纖網(wǎng)絡(luò )

　　尤其是應用在局域網(wǎng)

　　在波分復用器件上應用

　　基本結構

　　耦合器是雙向無(wú)源器件

　　基本形式有樹(shù)型、星型

　　——與耦合器對應的有分路器(splitter)

　　以圖形表示

　　波分復用器

　　WDM—Wavelength Division Multiplexer在一條光纖中傳輸多個(gè)光信號，這些光信號頻率不同，顏色不同。波分復用器就是要把多個(gè)光信號耦合進(jìn)同一根光纖中;解波分復用器就是從一根光纖中把多個(gè)光信號區分出來(lái)。

　　波分復用器(圖例)

　　通信波段劃分及相應傳輸媒介

　　接收單元

　　放大器

　　光纖數字通信

　　數字系統中脈沖的定義：

　　1.振幅：脈沖的高度在光纖系統中表示光功率能量。

　　2.上升時(shí)間：脈沖從最大振幅的10%上升到90%所需要的時(shí)間。

　　3.下降時(shí)間：脈沖從振幅的90%下降到10%所需要的時(shí)間。

　　4.脈沖寬度：脈沖在50%振幅位置的寬度，用時(shí)間表示。

　　5.周期：脈沖特定的時(shí)間，就是完成一個(gè)循環(huán)所需要的工作時(shí)間。

　　6.消光比：1信號光功率于0信號光功率的比值。

　　光纖通信中常用單位的定義：

　　1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin )

　　Pout :輸出功率 ; Pin :輸入功率

　　2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw)

　　是通信工程中廣泛使用的單位;

　　通常表示以1毫瓦為參考的光功率;

　　example: –10dBm表示光功率等于100uw。

　　3.  dBu = 10 log10 ( P / 1uw)