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          安防監控工程公司談光纖通信傳輸基礎知識

          文章出處:責任編輯:陳鬆人氣: 發表時間:2017-10-20 10:55 字體大小:【 】

            光纖通信的優點

            通信容量大

            中繼距離長

            不受電磁幹擾

            資源豐富

            光纖重量輕、體積小

            光通信發展簡史

            2000多年前

            烽火臺——燈光、旗語

            1880年

            光電話——無線光通信

            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) 之作出損耗爲20dB/km光纖。

            1977年芝加哥**條45Mb/s的商用線路。

            光的折射/反射和全反射

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

            反射率分佈:表徵光學材料的一個重要參數是折射率,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爲1.5

            光纖結構

            光纖裸纖一般分爲三層:

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

            第二層:中間爲低折射率硅玻璃包層(直徑一般爲125μm)。

            第三層:***外是加強用的樹脂塗層。

            1)纖芯 core:折射率較高,用來傳送光;

            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

            外徑一般爲125um(一根頭髮平均100um)

            內徑:單模9um 多模50/62.5um

            數值孔徑

            入射到光纖端面的光並不能全部被光纖所傳輸,只是在某個角度範圍內的入射光纔可以。這個角度就稱爲光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對於光纖的對接是有利的。不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同

            光纖的種類

            按光在光纖中的傳輸模式可分爲:

            多模(Multi-Mode) (簡稱:MM)

            單模(Single-Mode)(簡稱: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更加嚴重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此,多模光纖傳輸的距離就比較近,一般只有幾公裏。

            單模光纖:中心玻璃芯較細(芯徑一般爲9或10μm),只能傳一種模式的光。實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光入射至光纖內,並在纖芯內作直線傳播。光纖脈衝幾乎沒有展寬。因此,其模間色散很小,適用於遠程通訊,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

            按材料分類:

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

            膠套硅光纖:纖芯是玻璃,包層爲塑料,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,價格很低。多用於家電、音響,以及短距的圖像傳輸。

            按**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:光纖生產長家將光纖傳輸頻率**化在單一波長的光上,如1300nm。

            色散位移型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率**化在兩個波長的光上,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。適用於短途低速通訊,如:工控。但單模光纖由於模間色散很小,所以單模光纖都採用突變型。

            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,現在的多模光纖多爲漸變型光纖。

            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)一次塗敷外徑=250μm

            4)尾纖:300μm

            5)多模:

            50/125μm,歐洲標準

            62.5/125μm,美國標準

            6)工業,醫療和低速網絡:100/140μm, 200/230μm

            7)塑料:98/1000μm,用於汽車控制

            光纖衰減

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

            本徵:是光纖的固有損耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。

            彎曲:光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉,造成的損耗。

            擠壓:光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。

            雜質:光纖內雜質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:光纖對接時產生的損耗,如:不同軸(單模光纖同軸度要求小於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量差等。

            光纜的種類

            1)按敷設方式分有:自承重架空光纜,管道光纜,鎧裝地埋光纜和海底光纜。

            2)按光纜結構分有:束管式光纜,層絞式光纜,緊抱式光纜,帶式光纜,非金屬光纜和可分支光纜。

            3)按用途分有:長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建築物內用光纜。

            光纜的接續與成端

            光纜的接續與成端是光纜線路維護人員必須掌握的基本技能。

            光纜的接續技術分類:

            1)光纖的接續技術和光纜的接續技術兩部分。

            2)光纜的成端類似光纜的接續,只不過由於接頭材料不同而操作該當也有所不同。

            光纖接續的種類

            光纜接續一般可分爲兩大類:

            1)光纖的固定接續(俗稱死接頭)。一般採用光纖熔接機;用於光纜直接頭。

            2)光纖的活動接頭(俗稱活接頭)。用能夠拆卸的連接器連接(俗稱活接頭)。用於光纖跳線、設備連接等地方

            由於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,現在採用二次放電熔接法。先對光纖端面預熱放電,給端面整形,去除灰塵和雜物,同時通過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爲:

            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、餘纖的盤留五個步驟。

            通常整個光纜的接續按以下步驟進行:

            **步:大量好長度,開剝光纜,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:捆紮好光纖。

            第四步:檢查光纖心數,進行光纖對號,覈對光纖色標是否有誤;

            第五步:加強心接續;

            第六步:各種輔助線對,包括公務線對、控制線對、屏蔽地線等接續(如果有上述線對。

            第七步:光纖的接續。

            第八步:光纖接頭保護處理;

            第九步:光纖餘纖的盤庫留處理;

            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

            光纖熔接點損耗:0.08dB/點

            光纖熔接點 1點/2km

            常見光纖名詞

            1)衰減

            衰減:光在光纖中傳輸時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):光脈衝沿着光纖行進一段距離後造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。

            模間色散:只發生在多模光纖,因爲不同模式的光沿着不同的路徑傳輸。

            材料色散:不同波長的光行進速度不同。

            波導色散:發生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時,會以稍有不同的速度行進。在單模光纖中,通過改變光纖內部結構來改變光纖的色散非常重要。

            光纖類型

            G.652零色散點在1300nm左右

            G.653零色散點在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

            由於光線的基本結構不完美,引起的光能量損失,此時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;

            3.接收單元:接收光信號並轉換成電信號;

            4.連接器件:連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖。

            耦合器(coupler)

            主要功能再分配光信號

            重要應用在光纖網絡

            尤其是應用在局域網

            在波分複用器件上應用

            基本結構

            耦合器是雙向無源器件

            基本形式有樹型、星型

            ——與耦合器對應的有分路器(splitter)

            波分複用器

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

            光纖數字通信

            數字系統中脈衝的定義:

            1.振幅:脈衝的高度在光纖系統中表示光功率能量。

            2.上升時間:脈衝從***大振幅的10%上升到90%所需要的時間。

            3.下降時間:脈衝從振幅的90%下降到10%所需要的時間。

            4.脈衝寬度:脈衝在50%振幅位置的寬度,用時間表示。

            5.週期:脈衝特定的時間,就是完成一個循環所需要的工作時間。

            6.消光比:1信號光功率於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毫瓦爲參考的光功率;

            example: –10dBm表示光功率等於100uw。

            3. dBu = 10 log10 ( P / 1uw)。

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