光纤通信原理光纤的原理？

光纤通信原理的内容简介

《光纤通信原理(第2版)》力求内容新颖，难易适度，深入浅出；避免大篇幅深奥理论推导，也不像科普读物过分简单，注重理论性与实用性的结合。

《光纤通信原理(第2版)》可作为高等院校通信类专业的大专、本科学生的教材，也可作为从事光纤通信的科研、生产、管理人员的培训教材或参考用书。

光纤通信原理的介绍

《光纤通信原理（第2版）》全面介绍了光纤通信的发展，光纤的组成、导光原理，光纤光缆的损耗特性、色散特性，常用无源光器件的原理、结构和特性，光源的种类、结构、工作原理，光发送机的组成及特性，光电探测器及光接收电路的工作原理和特性指标，光放大器的工作原理、特性指标，光同步数字传输网、光互联网、光接入网、智能交换光网络、全光网络，常用光复用技术，模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统的构成、性能和系统设计，以及相干光通信、光孤子通信等光通信新技术。

光缆构造和传递方式

光缆　　 光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。

光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。

　　即:由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆. 第一部分　光纤理论与光纤结构 　　一、光及其特性： 　　1.光是一种电磁波 　　可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米)。

大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。

光纤中应用的是：850，1300，1550三种。

　　2.光的折射，反射和全反射。

　　因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。

而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。

当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。

不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。

光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

　　二、光纤结构及种类： 　　1.光纤结构： 　　光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中 间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。

　　2.数值孔径： 　　入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。

这个角度就称为光纤的数值孔径。

光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。

不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。

　　3.光纤的种类： 　　A.按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。

　　多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。

但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。

例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。

因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。

因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

　　B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

　　常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm。

　　色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。

　　C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。

　　突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。

其成本低，模间色散高。

适用于短途低速通讯，如：工控。

但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。

　　渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。

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光纤和光缆通信知识

1960-电射及光纤之发明 　　1966-华裔科学家“光纤之父”高锟 预言光纤将用于通信。

　　1970-美国康宁公司成功研制成传输损耗只有20dm/km的光纤。

　　1977-首次实际安装电话光纤网路 　　1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电 　　1979-赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为“中国光纤之父” 　　1990-区域网路及其他短距离传输应用之光纤 　　2000-到屋边光纤=>到桌边光纤 　　2005 FTTH(Fiber To The Home)光纤直接到家庭 光纤的分类特征　　按材质分,有无机光导纤维和高分子光导纤维，目前在工业上大量应用的是前者。

无机光导纤维材料又分为单组分和多组分两类。

单组分即石英，主要原料为四氯化硅、三氯氧磷和三溴化硼等。

其纯度要求铜、铁、钴、镍、锰、铬、钒等过渡金属离子杂质含量低于10ppb。

除此之外,OH-离子要求低于10ppb。

石英纤维已被广泛使用。

多组分的原料较多，主要有二氧化硅、三氧化二硼、硝酸钠、氧化铊等。

这种材料尚未普及。

高分子光导纤维是以透明聚合物制得的光导纤维，由纤维芯材和包皮鞘材组成。

芯材为高纯度高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯抽丝制得的纤维，外层为含氟聚合物或有机硅聚合物等。

　　光导通信的研究和实用化，与光导纤维的低损耗密切相关。

光能的损耗可否大大降低，关键在于材料纯度的提高。

玻璃材料中的杂质产生的光吸收，造成了最大的光损耗，其中过渡金属离子特别有害。

目前，由于玻璃材料的高纯度化，这些杂质对光导纤维的损耗影响已很小。

　　石英玻璃光导纤维的优点是损耗低,当光波长为1.0～1.7μm（约14μm附近），损耗只有1dB/km，在1.55μm处最低，只有0.2dB/km。

高分子光导纤维的光损耗较高，1982年，日本电信电报公司利用氘化甲基丙烯酸甲酯聚合抽丝作芯材,光损耗率降低到20dB/km。

但高分子光导纤维的特点是能制大尺寸，大数值孔径的光导纤维，光源耦合效率高，挠曲性好，微弯曲不影响导光能力，配列、粘接容易，便于使用，成本低廉。

但光损耗大，只能短距离应用。

光损耗在10～100dB/km的光导纤维，可传输几百米。

　　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(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。

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。

光纤结构及种类　　光及其特性： 　　1.光是一种电磁波 　　可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米)。

大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。

光纤中应用的是：850，1300，1550三种。

　　2.光的折射，反射和全反射。

　　因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。

而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。

当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。

不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。

光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

　　1.光纤结构： 　　光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中 间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。

　　2.数值孔径： 　　入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。

这个角度就称为光纤的数值孔径。

光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。

不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。

　　3.光纤的种类： 　　A.按光在光纤中的传输模式可分为：单摸光纤和多模光纤。

　　多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。

但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。

例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。

因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。

因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

　　单模光纤(Single-mode Fiber)：一般光纤跳纤用**表示，接头和保护套为蓝色；传输距离较长。

　　多模光纤(Multi-mode Fiber)：一般光纤跳纤用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色；传输距离较短。

　　B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

　　常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm。

　　色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。

　　C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。

　　突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。

其成本低，模间色散高。

适用于短途低速通讯，如：工控。

但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。

　　渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。

　　4.常用光纤规格： 　　单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm 　　多模：50/125μm，欧洲标准 　　62.5/125μm，美国标准 　　工业，医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm 　　塑料：98/1000μm，用于汽车控制 光纤的衰减　　造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。

　　本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。

　　弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。

　　挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

　　杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。

　　不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

　　对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴（单模光纤同轴度要求小于0.8μm），端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。

光纤传输优点　　直到1960年，美国科学家Maiman发明了世界上第一台激光器后，为光通讯提供了良好的光源。

随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于制成了低损耗光纤，从而奠定了光通讯的基石。

从此，光通讯进入了飞速发展的阶段。

　　光纤传输有许多突出的优点： 　　1。

频带宽 　　频带的宽窄代表传输容量的大小。

载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。

在VHF频段，载波频率为48．5MHz～300Mhz。

带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。

可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。

尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。

目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上)，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。

　　2．损耗低 　　在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。

相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1、31um的光，每公里损耗在0．35dB以下若传输1．55um的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以下。

这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。

此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。

　　3．重量轻 　　因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。

　　4．抗干扰能力强 　　因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。

也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被**，因而利于保密。

　　5．保真度高 　　因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引人新的非线性失真。

只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。

实际测试表明，好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C／CTB在70dB以上，交调指标cM也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。

　　6．工作性能可靠 　　我们知道，一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。

设备越多，发生故障的机会越大。

因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。

故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。

光缆就是平常说的大对数电缆，放水、防火，一般用在电话上。

大对数线缆一般分为3类大对数和5类大对数，又分为：5对10对20对25对30对50对100对200对300对 一般来说大对数线缆在弱电工程中用做 语音主干 比较常用

光纤的原理？

光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。

由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。