光纤通信光纤ppt课件.ppt

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1、1、光纤2月18~25日《光纤通信系统》1.1引言；1.2光纤p2~26；3.3光纤的物理限制p109~121《光纤通信(第三版)》第2章光纤：结构、波导原理和结构p18~62第3章光纤中的信号劣化p71~105《非线性光纤光学原理及应用》上篇第2章脉冲在光纤中的传输p21~36第3章群速度色散p41~622021/8/1711、光纤《光纤通信（第三版）》p18主要问题1、光纤具有哪些结构2、光在光纤中的传播方式3、构成光纤的材料4、光纤的制造工艺5、光缆的基本构成6、光信号在光纤中的损耗机理7、光信号在光纤中的失真机理和度量2021/8/1721、光纤概况1、光纤是一种横截面为圆形

2、的电磁波介质导波系统，可以采用射线光学法或经典电磁场理论求解。2、目前，在商业通信线路中广泛使用的光纤是石英系光纤，它的主要成分是纯度高达99.99999％的SiO2。目前光纤的传输损耗大约为0.2~0.4dB/km，是人类已知的导波传输系统中传输损耗最小的一种。3、按工作模式分类：多模，单模4、按折射率分布特征分类：渐变折射率分布，阶跃折射率分布5、其他：色散补偿光纤，光子晶体光纤，空心光纤，掺饵、镨、氟光纤。2021/8/1731、光纤概况1、通信容量极大从理论上讲，石英系光纤在1.3m和1.5m的两个低损耗窗口都可以用于通信，其总带宽资源约为1.21014Hz，通信容量十

3、分巨大。目前人们已经利用的光纤带宽资源还不到其全部资源的1%，尽管这样，人们已经可以在一对光纤上传输上百万甚至上千万路双向数字电话。因此可以肯定，光纤的通信容量是其它任何传输媒质都无法比拟的。在近20年来，商用光纤通信系统的传输速率从45Mb/s增加到N10Gb/s(N为8，16，32)，提高了数千倍，比同期微电子技术集成度的发展速度还快。1.2m~1.6m1.21014Hz1.21014Hz/64kHz~19亿路电话2021/8/1741、光纤概况2、损耗小，中继距离长在所有已知的导行电磁波传输媒质中，光纤的传输损耗最小。其中常规单模光纤（G.652）的传输损耗约为0.

4、2dB/km，即光信号每传输15km功率才下降1/2。目前商用光纤通信系统的中继距离为50~100km，如果采用光纤放大器和孤子技术可以使光纤通信的无再生中继距离达到几百甚至几千km。3、光纤通信的抗干扰性和保密性极好光纤是一种特殊的导波传输媒质，其所传输的信号是严格限制在光纤内部传输的，外界电磁信号和光信号几乎不能对光纤内部的信号造成干扰。这就使光纤传输系统具有良好的抗干扰性和保密性。4、光纤中几乎没有背景噪声光纤是一种背景噪声极低的传输媒质，因此，光信号经光纤中传输后，信噪比基本保持不变。2021/8/1751、光纤概况5、重量轻、成本低、资源丰富除去保护层外，光纤的直径仅有12

5、5m，因而重量极轻，便于储存、运输和架设。光纤的主要成分是高纯度的SiO2，SiO2是地球上的资源最丰富的化合物。它占地壳物质的59%，占已知岩石主要成分的95%以上，是人类取之不尽，用之不竭的资源。2021/8/1761、光纤概况圆波导的模式理论光纤的光学特性可以用几何光学法来分析。由于光是电磁波，因此，光在光纤中的传输特性也可以用电磁场理论的方法来分析。两种方法各有其优点和局限性，几何光学法简明扼要，但只能给出光纤的光学特性(适用于分析多模光纤)；电磁场理论的方法比较繁琐，但可以给出光纤的传输特性和工作模式。一、光的反射、折射、全反射定性地讲，光信号在光纤中的传输依赖于纤芯与包

6、层界面上的全反射现象。当入射光波的入射角大于临界角时，光波将会在介质分界面上发生全反射。如果光波在光纤纤芯和包层的分界面上发生全反射，就在光纤中形成了导行光波。因此，光波的全反射条件就是光纤中光波的传输条件。2021/8/1771、光纤概况当一束光在光纤中满足全反射定律时，就能在光纤中有效地传播。在几何光学中光波被视为光线，而能在光纤中传输的光线可分为两大类：子午光线和斜射线。子午光线的入射平面与光纤的轴线相重合。子午光纤每反射一次都将与光纤轴线相交一次。由此可以看出，子午光线在光纤中传播时始终保持在一个平面上。光纤中传输的其它射线都是斜射线。斜射线的特点是其在光纤中的传输路线呈螺旋

7、型。由于斜射线的情况比较复杂，用几何光学的方法研究光纤的光学特性时，我们通常只考虑子午光线。因此，采用几何光学的方法分析、研究光纤传输特性就存在一定的局限性。2021/8/1781、光纤基本结构和特性参数光纤是一种介质波导，它的传输特性和分析方法与金属圆波导有相似之处。光纤的主要技术特性包括：光学特性：几何结构特性，剖面折射率分布(剖面指数)，数值孔径；传输特性：模式，截止频率，色散，归一化频率等等。光纤的传输特性可以用几何光学法来分析，也可以用电磁场理论