第一章光纤通信基础

通信工程

TA000002 光纤通信基础ISSUE 1.2

光网络产品课程开发室

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课程目标华为技 术

一﹑光纤通信概论 二﹑光纤与光缆 三﹑光发送与光接收

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光纤通信概论

一、概述 光纤通信概念： 光纤通信以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波， 以达到通信之目的。

1、发展简史 1). 里程碑 — 1966年高锟著名文章(PIEE); 2). 导火线 — 1970年康宁公司的第一根低耗光纤； 3). 爆炸性发展

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A).光纤衰减： 1970年 ：20dB/km; 72年 ：4dB/km; 76年 ：0.5dB/km; 79年 ：0.2dB/km; 90年 ：0.14dB/km。 B).系统： 76年 - 45Mb/s ; 85年 - 多模系统； 90年 - 单模系统； 93年 - SDH; 98年 - WDM(40G);华为机密，未经许可不得扩散

2000年 - 320G。

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光纤通信概论华为技术

典型的数字光纤通信系统方框图

光发送机

光纤

中继器

光纤

光接收机

发送端的电端机把信息( 如话音)进行模/数转换，用转 电端机(模/ 换后的数字信号去调制发送机 电端机(模/ 数) 数) 中的光源器件LD,输出发出携 带信息的光波。光波经光纤传 输后到达接收端，光接收机把 数字信号从光波中检测出来送 模拟信号 模拟信号 给电端机，而电端机再进行数/ 模拟信号 模转换，恢复成原来的信息。华为机密，未经许可不得扩散 文档密级：内部公开

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光纤通信概论

携带信息的光波：

数字信号为"1"时，光源器件发送一个"传号"光脉冲； 当数字信号为"0"时，光源器件发送一个"空号"(不发光)。

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光纤通信优点

通信容量大 一根光纤同时传输24万个话路，比传统的明线、同轴电缆、微 波等要高出几十乃至上千倍。

波分复用技术的采用，把一根光纤当作几根、几十根光纤使用， 通信容量近乎无限。

中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数。目前商用化石英光纤已达 0.19dB/km以下，配以适当的光发送与光接收设备，中继距离 达数百公里以上，特别适用于长途一、二级干线通信。

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光纤通信优点

保密性能好，抗干扰能力强 由于光的频率极高，远高于一般的电磁波的频率，而且光波 在光纤中传输时只在其芯区进行，不存在传统的电磁波辐射， 因此其保密性能极好，同时也不怕外界强电磁场的干扰，抗 干扰能力强。

便于施工和维护 体积小、重量轻。光缆的敷设方式方便灵活。既可以直埋、 架空，双可能通过管道和水底敷设。

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光纤与光缆

光纤的构造

纤芯主要采用高纯度的SiO2二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂， 提高纤芯的光折射率n1; 包层也是高纯度的二氧化硅，也掺杂一些掺杂剂，主要是降低 包层的光折射率n2; 涂层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。 光缆是多根光纤放在放在一个松套管内，内冲石油膏和钢丝形 成的。海底光缆内还有电源线，主要为中继站的放大器等提供 电源。

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光纤与光缆

光纤的导光原理 光是一种频率很高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导。 我们从几何光学的角度来简单讨论光纤的导光原理。

全反射原理 光线在均匀介质中是以直线传播的，但在两种不同介质的分 界面会产生反射和折射现象，如图所示：

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光纤与光缆

全反射原理 光线在均匀介质中是以直线传播的，但在两种不同介质的分 界面会产生反射和折射现象，如图所示：

包层 n2 纤芯 n1 入射光1

3 2

折射光 反射光

光的反射与折射华为机密，未经许可不得扩散 文档密级：内部公开

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光纤与光缆

全反射原理 当n2/n1的比值增大到一定程度，则会使折射角≥90度，此时 的折射光线不再进入包层，而会在纤芯与包层的分界面上掠 过，或者重返回到纤芯中进行传播，这种现象叫做光的全反 射现象。 不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基本 上全部在纤芯区进行传播，没有光跑到包层中去，所以可以 大大降低光纤的衰耗。

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光纤与光缆

全反射现象

n2

31

折射光

n1

入射光

光的全反射现象华为机密，未经许可不得扩散 文档密级：内部公开

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光纤与光缆

光在光纤中的传播 光在光纤中以“Z”形轨迹传播及沿纤芯与包层的分界面掠过

n2

n1

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光纤与光缆

光纤的工作波长(工作窗口) 光 线 路 信 号 在 光 纤 上 传 送 的 波 长 ： 850nm 、 1310nm 、 1550nm。

850nm窗口只用于多模传输 1310nm和1550nm窗口 用于单模传输。

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光纤与光缆

光通道参数：衰减、色散 光信号在光纤中传输的距离要受到色散和衰减的双重影响。

衰减 使在光纤中传输的光信号随着传输距离的增加而功率下降。 1310nm窗口每公里衰减：0.4dB/km

1550nm窗口每公里衰减：0.25dB/km

色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引起码间

干扰，降 低信号质量。

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