光纤通信的优势
大通信容量
长距离中继
不受电磁干扰。
资源丰富
光纤重量轻，体积小。
光通信发展简史
2000多年前
信标——灯和信号量
在1880年
光电话——无线光通信
1970
光纤通信
1966年，“光纤之父”高锟博士首次提出了光纤通信的设想。
1970年，贝尔研究所的林发明了一种可以在室温下连续工作的半导体激光器。
1970年，康宁公司Caplong的输出损耗为20dB/km。
1977年芝加哥的第一条45Mb/s商业线路。
电磁波谱
通信频带划分和相应的传输介质
光的折射/反射和全反射
由于光在不同物质中的传播速度不同，当光从一种物质发射到另一种物质时，会在两种物质的界面发生折射和反射。而且折射光的角度会随着入射光的角度而变化。当入射光的角度达到或超过一定角度时，折射光就会消失，所有入射光都会被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长的光有不同的折射角(即不同的物质有不同的折射率)，同一种物质对不同波长的光有不同的折射角。光纤通信就是基于上述原理。
反射率分布：表征光学材料的一个重要参数是折射率，用n表示，光速c在真空中的速度与光速v在材料中的速度之比就是材料的折射率。
n=碳/钒
用于光纤通信的应时玻璃的折射率约为1.44。
光通信的发展历程
光的基本知识
光纤结构
光纤裸光纤一般分为三层：
第一层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-10m，(单模)50或62.5(多模)。
第二层：中间是低折射率硅玻璃包层(一般直径125m)。
第三层：最外层是加固用的树脂涂层。
1)芯：折射率高，用来透光；
2)包层涂层：折射率低，与纤芯形成全反射条件；
3)保护套管的护套：坚固，能承受较大的冲击，保护光纤。
3毫米橙色多模光缆
黄色SM单模光纤
光纤尺寸
一般外径是125um(一般头发是100um)。
内径：单模9um多模50/62.5um
数值孔径
入射到光纤端面的光不能被光纤完全透射，只能透射一定角度范围内的入射光。这个角度称为光纤的数值孔径。光纤较大的数值孔径有利于光纤的对接。不同厂家生产的光纤数值孔径不同。
光纤的类型
根据光在光纤中的传输方式，可分为：
多模式(缩写为MM)
单模(简称SM)
多模光纤：中心玻璃芯较厚(50或62.5m)，可传输多种模式的光。但是它的模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，而且随着距离的增加会更加严重。例如，600MB/KM的光纤在2KM处只有300MB带宽。所以多模光纤的传输距离比较短，一般只有几公里。
单模光纤：中心的玻璃纤芯较细(纤芯直径一般为9或10m)，只能传输一种模式的光。其实是一种阶跃型光纤，只是纤芯直径很小。理论上，只允许具有单一传播路径的直射光进入光纤并在纤芯中线性传播。光纤脉冲几乎不被展宽。所以它的模间色散很小，适合长距离通信，但是它的色散起主要作用，所以单模光纤对光源的光谱宽度和稳定性要求比较高，就是光谱宽度要窄，稳定性要好。
光纤的分类
按材料分类：
玻璃纤维：cor
普通型：光纤厂商将光纤的传输频率优化在单一波长，如1310nm。
色散位移型：光纤厂商优化了光纤在1310nm和1550nm两个波长的传输频率。
突变型：从光纤的中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。它具有低成本和高模间分散性。适用于短距离低速通信，如工业控制。但由于模式间色散较小，单模光纤都采用突变型。
渐变光纤：从光纤的中心纤芯到玻璃包层折射率逐渐降低，可以使高模光以正弦形式传播，可以降低模间色散，增加光纤带宽，增加传输距离，但成本较高。现在的多模光纤多是渐变光纤。
常见光纤规格
光纤尺寸：
1)单模纤芯直径：9/125m，10/125 m
2)包层的外径(2D)=125 m
3)主涂层外径==250m m
4)尾纤：300m
5)多模式：
50/125m，欧洲标准
62.5/125微米，美国标准
6)工业、医疗、低速网络：100/140m、200/230m m。
7)塑料：98/1000m，用于汽车控制。
光纤衰减
造成光纤衰减的主要因素有本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接。
固有：是光纤的固有损耗，包括瑞利散射、固有吸收等。
弯曲：光纤弯曲时，光纤中的部分光会因散射而损失，造成损耗。
挤压：光纤受挤压时轻微弯曲造成的损耗。
杂质：光纤中的杂质对光纤中传播的光的吸收和散射造成的损耗。
非均匀性：光纤材料折射率不均匀造成的损耗。
对接：光纤对接造成的损失，如：轴线不同(要求单模光纤同轴度小于0.8m)，端面不垂直于轴线，端面不平整，对接直径不匹配，焊接质量差。
光缆的类型
1)根据敷设方式，有自承式架空电缆、管道光缆、铠装埋地光缆和海底光缆。
2)根据光缆结构，有集束光缆、绞合光缆、紧束光缆、带状光缆、非金属光缆和分支光缆。
3)按用途分，有：长距离通信光缆、短距离室外光缆、混合光缆、建筑用光缆。
光缆的连接和端接
光缆的连接和端接是光缆线路维护人员必须掌握的一项基本技能。
光缆连接技术的分类：
1)光纤连接技术和光缆连接技术。
2)光缆的端接类似于光缆的连接，但由于接头材料不同，操作应该有所不同。
光纤连接的类型
光缆连接一般可分为两类：
1)光纤的固定连接(俗称死接头)。一般采用光纤焊接机；光缆直接头。
2)光纤的活动接头(俗称活动接头)。用可拆卸的连接器(俗称活接头)连接。用于光纤跳线、设备连接等场所。
由于光纤端面的不完善和光纤端面受力的不均匀，一次放电焊接光纤的接头损耗还是比较大的，现在采用二次放电焊接的方法。首先对光纤端面进行预热放电，对端面进行整形，去除灰尘和杂物，同时通过预热使光纤端面压力均匀。
光纤连接损耗的监测方法
光纤连接损耗有三种监控方法：
1、焊接机上的监控。
2、光源和光功率计的监控。
3、OTDR测量方法
光纤连接的操作方法
光纤连接操作一般分为：
1、光纤端面处理
2、光纤的连续安装。
光纤的熔合。
4、光纤连接器的保护。
:有五个步骤来保留多余的光纤。
通常，整个光学
步骤10:完成光缆护套的连接；
步骤11:光缆接头的保护。
光纤损耗
1310纳米：0.35 ~ 0.5分贝/公里
1550纳米：0.2 ~ 0.3分贝/公里
850纳米：2.3 ~ 3.4分贝/公里
光纤熔接点损耗：0.08分贝/点
光纤融合点1点/2公里
常见光纤术语
1)衰减
衰减：光在光纤中传输时的能量损失：单模光纤1310nm 0.4 ~ 0.6 db/km 1550nm 0.2 ~ 0.3 db/km塑料多模光纤300dB/km。
2)分散性
色散：光脉冲沿光纤传播一定距离后，其带宽变得更宽。是限制传输速率的主要因素。
模间色散：只发生在多模光纤中，因为不同模式的光沿着不同的路径传播。
材料色散：不同波长的光传播速度不同。
波导色散：原因是光能在纤芯和包层中传输时，传播速度略有不同。在单模光纤中，通过改变光纤的内部结构来改变光纤的色散是非常重要的。
光纤类型
G.652的零色散点在1300nm左右。
G.653的零色散点在1550nm左右。
G.654负色散光纤
G.655色散位移光纤
全波光纤
3)散射
由于光的基本结构不完善，导致光能损失，光的传输不再具有良好的指向性。
光纤系统的基本知识
基本光纤系统的结构和功能介绍；
1.发射单元：将电信号转换成光信号；
2.传输单元：承载光信号的介质；
3.接收单元：接收光信号并转换成电信号；
4.连接设备：将光纤连接到光源、光检测和其他光纤。
常见连接器类型
连接器的端面类型
耦合器(耦合器)
主要功能是重新分配光信号。
光纤网络中的重要应用
尤其是在兰。
在波分复用设备中的应用
基本结构
耦合器是双向无源器件。
基本形式是树形和星形。
——有一个对应耦合器的分路器。
图示
波分复用器
WDM波分复用器在一根光纤中传输多个不同频率和颜色的光信号。波分复用器是将多个光信号耦合到同一根光纤中；波分复用器是为了区分来自一根光纤的多个光信号。
波分复用器(图例)
发送单元
接收部分
放大器
光纤数字通信
数字系统中脉冲的定义：
1.振幅：脉冲的高度代表光纤系统中的光功率能量。
2.上升时间：脉冲从最大幅度的10%上升到90%所需的时间。
3.下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需的时间。
4.脉冲宽度：50%振幅时的脉冲宽度，用时间表示。
5.周期：脉冲的具体时间是完成一个周期所需的工作时间。
6.消光比：1信号光功率与0信号光功率之比。
审计郭婷
