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第二章 光纤传输网 2.1 概述 一、光纤传输网在电信网中的地位、作用和发展 1、电信传输网的发展历程 通信网的物理传输层三个发展阶段： 第一代：铜线（缆）； 第二代：光纤代替铜线； 第三代：光纤通信中采用WDM技术和光放大器。 下一代通信网将是全光网络。 2、现代电信网 现代电信网：三网合一。 即：电话网、计算机网、有线电视网 3、电信传输网结构 （1）水平观点 （2）垂直观点 （3）SDH、WDM和全光传送网(OTN) 相同：SDH系统和WDM系统已成为核心网的主体和支柱，都属于传送层网，都是建立在光纤这一物理媒介上的传输手段。 两者本质区别： SDH系统是在电的通道层上进行复用、交叉连接、组网等，在光纤上进行传输，实施的是“光同步传送网”； 而WDM系统则是在光域上进行复用和组网的。WDM系统不仅能承载SDH信号，也能传送其他信号，与信号格式无关，对业务是透明的。 全光传送网是指光信息流在网络中的传输时始终以光的形式存在。网络中的主要节点引入了光分插复用设备（OADM）或光交叉连接设备（OXC），智能地实现光层上的交换和交叉连接。 三、光纤通信使用的光波范围 光波属于电磁波范畴，P45 光纤工作区：近红外区 波长：0.8～1.7μm 相应频率:176～375THz 四、光纤通信的特点与应用 1、特点（优点）P45 （1）频带宽，通信容量大； 光波为载频，理论上容量无限大。 （2）损耗低，中继距离长； 损耗可以达到0.18dB/km。 （3）抗电磁干扰能力强； 传输线路为非金属，不受电磁场干扰。 （4）无串话干扰，必威体育官网网址性强； 光波很难泄漏出来。 （5）线径细，重量轻； 直径约为0.1mm，柔软，重量轻。 （6）节约有色金属，原材料资源丰富； 光线材料主体为石英（SiO2）。 （7）耐腐蚀； 非金属材料。 （8）成本不断降低； （9）其他； 光通信设备能耗小，体积小，方便扩容，有利于系统设计的灵活性与扩展性。 2、应用 （1）市内电话、长途电话以及海底通信系统； （2）电力、铁路、煤矿、输气、输油管路的通信和控制系统中； （3）飞机、轮船、导弹内部的信息传送系统中； （4）电视广播、交通运输、钢铁厂、大楼内等通信系统中； （5）计算机及局域网、城域网、广域网和因特网中。 五、光纤通信的基本构成 P23 1.4.2中已经涉及到过。 一个典型的点到点光纤通信系统由三个部分组成： 光发送端机、光缆传输线路和光接收端机。 调制方式作为自学内容。 2.2 光纤 一、光纤的结构和种类 1、光纤的结构 （1）光纤：光导纤维，圆柱形玻璃纤维。 （2）基本结构 纤芯：主要材料是SiO2（石英）掺杂微量的Geo2、 P2O5杂剂，以提高纤芯的折射率（n1）； 包层： 通常是纯SiO2，或掺杂微量的B2O3 或F等，降低折射率（n2）； 为什么要n1n2？ 涂覆层：保护光纤，增强机械强度，厚度为5～50um。 2、光纤的种类 分类方法很多 二、光波在光纤中的传输机理 1、光学中的反射和折射原理 全反射的条件： （1）n1n2； （2）θ1θc； 其中：θc=arcsinn2/n1 2、光纤纤芯中的光线路径是怎么样的？ (1)单模光纤 (2)多模光纤 a.阶跃型光纤 b.渐变型光纤 三、什么是传输模式？如何实现光纤的单模传输？ 1、单模与多模光纤及什么是传输模式？ 单模光纤就是只能传输一种模式的光纤。可以看作只有一条光线传输。 多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。可以看作多条光线传输。 书本P49 图2-8中有两种不同的光纤示意图。 模式在射线理论中，通常认为一个传播方向的光线对应一种模式，有时也称之为射线模式。 概念参见：书P52 2、如何实现光纤的单模传输？ 单模传输条件：光工作波长λ0大于截至波长λc。 截至波长λc由光纤自身决定。 λc= 其中：2a为纤芯直径 为相对折射率差 n1为纤芯折射率 一般单模光纤的a都很小 四、光纤的损耗特性 损耗（衰减）是限制光纤通信系统的中继距离的主要因素之一，是必然存在的 1，产生损耗的原因： （1）光纤本身的损耗：含本征吸收损耗、杂质吸收损耗、瑞利散射、光纤结构不完善引起的散射损耗(波导散射损耗)。 （2）附加损耗: 因成缆、敷设、接续、耦合与连接引起的 2、损耗的单位 一般用α表示损耗系数(或称为衰减系数) ，单位是dB/km，即传输单位长度(1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数。 3、光纤的低损耗工作窗口 三个窗口：0.85μm、1.31μm、1.55μm。 其中前两个用于多模光纤、后一个为单模光