光纤通信原理技术.docx

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光纤通信原理技术

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光纤通信原理技术光纤通信原理技术本文关键字:

光纤73,同轴电缆2,融合2,半导体2,激光3,电信3,计算机2,光缆41,电缆3,电磁干扰1,测试8,双绞线1,网络7,光纤通信5,布线5,综合布线2,ISO7一、光纤1、概述光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。

中心是光传播的玻璃芯。

在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm，大致与人的头发的粗细相当。

而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。

芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。

再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。

光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。

纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。

其结构如图1所示。

陆地上的光纤通常埋在地下1米处，有时会受到地下小动物的破坏。

在靠近海岸的地方，越洋光纤外壳被埋在沟里。

在深水中，它们处于底部，极有可能被鱼类咬坏或被渔船撞坏。

2、分类光纤主要分以下两大类:

1）传输点模数类传输点模数类分单模光纤（SingleModeFiber）和多模光纤（MultiModeFiber）。

单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。

多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。

与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。

2）折射率分布类折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。

跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。

在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。

渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。

纤芯的折射率的变化近似于抛物线。

折射率分布类光纤光束传输如图2所示。

3、连接方式光纤有三种连接方式。

首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。

连接头要损耗10%到20%的光，但是它使重新配置系统很容易。

第二，可以用机械方法将其接合。

方法是将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。

可以让光纤通过结合处来调整，以使信号达到最大。

机械结合需要训练过的人员花大约5分钟的时间完成，光的损失大约为10%。

第三，两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。

融合方法形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，但也有一点衰减。

对于这三种连接方法，结合处都有反射，并且反射的能量会和信号交互作用。

4、发送和接收有两种光源可被用作信号源：

发光二极管LED（light-emittingdiode）和半导体激光ILD（injectionlaserdiode）。

它们有着不同的特性，如下表。

项目LED半导体激光数据速率低高模式多模多模或单模距离短长生命期长短温度敏感性较小较敏感造价低造价昂贵光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。

光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。

热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。

如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。

5、接口目前使用的接口有两种。

无源接口由两个街头熔于主光纤形成。

接头的一端有一个发光二极管或激光二极管（用于发送）。

另一端有一个光电二极管（用于接收）。

接头本身是完全无源的，因而是非常可靠的。

另一种接口被称作有源中继器（activerepeater）。

输入光在中继器中被转变成电信号，如果信号已经减弱，则重新放大到最强度，然后转变成光再发送出去。

连接计算机的是一根进入信号再生器的普通铜线。

现在已有了纯粹的光中继器，这种设备不需要光电转换，因而可以以非常高的带宽运行。

二、光缆光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。

光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。

光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点:

（1）频带较宽。

（2）电磁绝缘性能好。

光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。

当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开的光缆需要再生和重发信号。

（3）衰减较小。

可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。

（4）中继器的间隔较大,因此可以减少整个通道中继器的数目,可降低成本。

根据贝尔实验室的测试,当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为10—8,可见其传输质量很好。

而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。

在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。

由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。

在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。

因为光缆只能单向传输。

为了实现双向通信,光缆就必需成对出现,一个用于输入,一个用于输出。

光缆两端接光学接口器。

安装光缆需格外谨慎。

连接每条光缆时都要磨光端头,通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起,确保光通道不被阻塞。

光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。

光纤的类型由模材料（玻璃或塑料纤维）及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。

常用的光纤缆有:

·8.3μm芯、125μm外层、单模。

·62.5μm芯、125μm外层、多模。

·50μm芯、125μm外层、多模。

·100μm芯、140μm外层、多模。

三、光纤通信系统及其构成1、光纤通信系统光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。

·光源是光波产生的根源。

·光纤是传输光波的导体。

·光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。

·光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理。

2、组成光纤通信系统的基本构成如图3所示:

光纤通信系统的主要优点有:

（1）传输频带宽,通信容量大。

（2）线路损耗低,传输距离远。

（3）抗干扰能力强,应用范围广。

（4）线径细,重量轻。

（5）抗化学腐蚀能力强。

（6）光纤制造资源丰富。

在网络工程中,一般用62.5μm/125μm规格的多模光纤,有时也用100μm/125μm和100μm/140μm规格的光纤。

户外布线大于2公里时可选用单模光纤。

在进行综合布线时需要了解的光纤的一些基本特性,现以AMP（安普）公司的光纤线缆产品为例说明。

表1和表2分别为光纤性能指标和使用温度范围。

为了便于阅读以下的表格,先对直径、重量、拉力、弯曲半径作如下解释:

·直径:

单位用mm表示。

·重量:

用kg/km表示。

·拉力:

拉力单位用N（牛顿）。

对拉力分两种情况说明:

安装时最大为2700N;安装后,即长期为440N;·弯曲半径:

指光缆安装拐弯时的弯曲半径。

四、光缆的种类和机械性能1.单芯互联光缆

（1）应用范围·跳线。

·内部设备连接。

·通信柜配线面板。

·墙上出口到工作站的连接。

·水平拉线,直接端接。

·适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。

（2）性能优点·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。

·Aramid抗拉线增强组织,提高了对光纤的保护。

·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。

·设计和测试均根据BellcoreGR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

互联光缆单芯物理结构如图4所示。

2.双芯互联光缆

（1）应用范围·交连跳线。

·水平走线直接端接。

·光纤到桌。

·通信柜配线面板。

·墙上出口到工作站的连接。

·适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。

（2）性能与特点·光纤之间易于区分。

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。

·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。

·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。

·设计和测试均根据BellcoreGR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

互联光缆双芯物理结构如图5所示。

4芯光缆的物理结构如图6所示。

互联光缆的机械性能如表3所示。

表3互联光缆的机械性能3.分布式光缆

（1）应用范围·多点信息口水平布线。

·垂直布线。

·大楼内主干布线。

·从设备间到无源跳线间的连接。

·从主干分支到各楼层应用。

·适用于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头端接。

（2）性能与特点·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。

·按照EZA标准色码标识。

·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。

·设计和测试均根据BellcoreGR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

·防护网可抵挡尖锐物损伤。

分布式光缆分多单元分散型12芯光缆和多单元分散型24～72芯两种,其物理结构如图7所示。

分布式光缆的机械性能如表4所示。

表4分布式光缆的机械性能4.分散式光缆

（1）应用范围·分散光缆组合。

·多根光纤交插连接,结构坚固。

·水平光纤到多站点出口,端接简单、直接。

·适于环氧树脂光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头直接端接。

（2）性能与特点·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。

·2.4mm独立光纤辅单元,允许带套连接头端接。

·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。

·设计和测试均根据BellcoreGR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

·走线方式高度灵活。

·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。

分散式光缆有4芯、6芯、8芯、12芯。

它的物理结构如图8所示，机械性能如表5所示。

表5分散式光缆的机械性能5.室外光缆4～12芯铠装型与全绝缘类型

（1）应用范围·园区中楼宇之间的连接。

·长距离网络。

·主干线系统。

·本地环路和支路网络。

·严重潮湿、温度变化大的环境。

·架空连接（和悬缆线一起使用）、地下管道或直埋、悬吊缆/服务缆。

（2）性能与特点·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。

·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。

·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入。

·设计和测试均根据BellcoreGR-20-CORE标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。

·聚乙烯外衣对紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。

·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。

室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯,又分铠装和全绝缘型,其物理结构如图9所示，其机械性能如表6所示。

表6室外光缆的机械性能6.室外光缆24～144芯铠装类型与全绝缘类型

（1）应用范围·园区中楼宇之间的连接。

·长距离网络。

·主干线系统。

·本地环路和支路网络。

·严重潮湿、温度变化大的环境。

·架空连接（和悬缆线一起使用）、地下管道或直埋。

（2）性能与特点·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·绝缘结构可避免雷击。

·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。

·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。

·设计和测试均根据BellcoreGR-20-CORE标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

·Aramid抗拉线增强组织性能,提高对光纤的保护。

·聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。

·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。

室外光缆24～144芯光缆分全绝缘和铠装,规格有24、36、48、60、72、96、144芯7种,其物理结构如图10所示，其机械性能如表7所示。

表7室外光缆24~144芯机械性能7.单管全绝缘型室内/室外光缆

（1）应用范围·在不需任何互联设备情况下,由户外延伸到户内,线缆具有阻燃特性。

·园区中楼宇之间的互连。

·本地线路和支路网络。

·严重潮湿、温度变化极大的环境。

·架空连接（和悬缆线一起使用时）。

·地下管道或直埋。

·悬吊缆/服务缆。

（2）性能与特点·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。

·LSZH的设计符合低毒、无烟的要求。

·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。

·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。

·设计和测试均根据BellcoreGR-20-CORE标准。

·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC11801:

1995标准。

·Aramid抗拉线增强组织提高对了光纤的保护。

·聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。

·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。

室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯,其物理结构如图11所示，其机械性能如表8所示。

表8市内/室外光缆机械性能在进行综合布线时,应根据实际应用情况,参考光缆的应用范围和机械性能指标,选择合适的光缆产品。