光纤传输(上)讲义.ppt

光纤传输理论;20世纪 曾经是电网络的时代 21世纪 将会是光网络的时代;光纤传输理论 光纤传输特性 光纤测量 光调制方式 光发射机和光接收机;DWDM系统 SDH系统 光传送网技术 光缆线路工程 系统指标与测试;为何要有线传输（光纤）？→带宽与速率 为何要光载波？ →带宽达THz 为何采用红外波长？ →光纤低损耗窗口 光纤为何用石英玻璃材料制备？ →损耗 光纤为何为纤维结构？ →模式色散;电通信 电波作为载体而传送信息的所有通信方式. 有线电通信和无线电通信。 光通信 光波作为载体而传送信息的所有通信方式。 无线光通信和有线光通信。;传输： 无线传输：移动通信、无线通信、卫星通信等 有线传输：光纤传输为主;三网融合的基础→光纤 信息高速公路→光纤 骨干网、城域网→光纤 接入网→光纤（FTTX）;光纤传输发展的精髓——提高光纤通信系统容量 ;2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s;雏形：古代烽火、手旗、灯光;1960年，第一台相干振荡光源－红宝石激光器问世。 1970年，康宁公司拉制出损耗仅为20 dB/km的光纤 1985年，南安普敦大学制成掺铒光纤放大器(EDFA） 90年代，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现 ;光纤传输是目前世界上发展最快的领域，平均每9个月性能翻一番、价格降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。 ;;第四代90年代;传输容量大。 传输损耗小，中继距离长 抗干扰性好，必威体育官网网址性强 材料资源丰富，可节约金属材料 重量轻，可挠性好，敷设方便 ;超大容量光纤通信系统 光集成器件和光电集成器件的研究 新类型光纤的研究 解决全网瓶颈的手段——光接入网 ;光纤通信;光纤通信最具代表性技术 －波分复用WDM和光纤放大器EDFA;（一）光纤结构 （二）光纤传输机理 （三）光纤的分类; 光纤: 纤芯;包层;涂敷层; 纤 芯：光能量主要在纤芯内传输。 包 层：提供反射面和光隔离，保护。 涂覆层：保护不受水汽的侵蚀和擦伤。 ;全反射条件：;子午面：过光轴的平面; 与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi有一个最大值 θmax 。θmax 称为光纤端面入射临界角（入射临界角）。 ;接收角:;数值孔径：;相对折射率差Δ; 石英系光纤； 多组分玻璃光纤； 塑料包层石英芯光纤； 全塑料光纤。;按折射率分布分类;光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。 只传输一个模式，信号畸变很小。 ;梯度型多模光纤 工作波长：1.31μm和1.55μm 处于多模工作状态 在1.31μm处有最小的色散值，在1.55μm处有最小的衰减系数 数据通信局域网(LAN)用;性能;DSF(G.653光纤) 通过结构和尺寸的适当选择来加大波导色散，使零色散波长从1310nm移到1550nm。 光纤在1550nm窗口损耗更低，可以低于0.2dB/km，几乎接近光纤本征损耗的极限。如果零色散移到1550nm，则可以实现零色散和最低损耗传输的性能 优点：在1550nm工作波长衰减系数和色散系数均很小。它最适用于单信道几千公里海底系统和长距离陆地通信干线。 弱点：工作区内的零色散点导致非线性四波混频效应;NZ-DSF在1530~1565nm(EDFA的工作波长)区具有小的但非零的色散，既适应高速系统的需要，又使FWM效率不高。使得其能用在EDFA和波分复用结合的传输速率在10Gbit/s以上的WDM和DWDM的高速传输系统中。 优点：在1550nm处有一低的色散，保证抑制FWM等非线性效应，使得其能用在EDFA和波分复用结合的传输速率在10Gbit/s以上的WDM和DWDM的高速传输系统中。 缺点：模场直径小，容易加剧非线性效应的影响，为此人们又研究了大有效面积NZ-DSF光纤;掺杂，折射率高于石英，纤芯。 掺杂，折射率低于石英，包层。 ;常用适配器续;二、 光纤传输特性;二、 光纤传输特性;光随着距离的增加光功率逐渐下降。 ;以前，光纤（医疗、工业），传输距离短，损耗1000dB/km 67高锟：论文，光纤可以做成低损耗 70康宁：低损耗光纤，0.2dB/km;若长度为L (km)的光纤，输入光功率为Pi，输出光功率为表示Po，光纤的损耗系数定义为：;吸收损耗：与光纤材料有关 散射损耗：与光纤材料及结构缺陷有关 辐射损耗：与光纤的弯曲有关。 ;寻找合适的光纤，实用化的光损耗为20dB/km (99.5%/m)；60年代研究，70年代突破，20