光纤通信

目 录

一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 八、

光纤的概述...................................................................................................... 2 光纤的导光原理.............................................................................................. 3 光纤的分类...................................................................................................... 4 光缆的概述...................................................................................................... 6 光纤通信概述.................................................................................................. 7 光纤通信系统.................................................................................................. 9 光纤收发器与光端机的区别........................................................................ 10 光纤如何熔接................................................................................................ 11

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光纤通讯技术

一、 光纤的概述

光纤(optical fiber)：光导纤维的简称，是一种介质圆柱光波导，它能够约束并引导光波在其内部或表面附近沿其轴线方向向前传播。

光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介。是一条玻璃或塑胶纤维,作为让讯息通过的传输媒介。

1、光纤的结构

? 纤芯：高折射率玻璃芯

折射率n1一般为1.463~1.467 直径为10μm、50 μm、62.5 μm 完成光信号的传输 ? 包层：低折射率玻璃芯

折射率n2一般为1.45~1.46 直径为125μm

将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯 ? 护层：主要起保护作用，一般是塑料材料

2、光纤的传输特性

（1）光纤的损耗

光波在光纤中传输，随着传输距离的增减而光功率逐渐下降的现象，称为光纤的传输损耗。

从某种程度上讲，光纤的损耗不可能降为0。

透明的彩色玻璃，只有一种颜色容易通过，其它颜色的光就通过得少些。这种彩色玻璃只对某种波长的光损耗小，对其他波长的光损耗大。光纤也有这种特性。

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（2）光纤的色散

光纤中的不同频率成分或不同的模式，在光纤中传输时，由于速度不同而使得传播时间不同，因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸变的一种现象。

渐变光纤可以减小模式色散。

二、 光纤的导光原理

? 光波在均匀介质中传播时，其轨迹是一条直

线，而当遇到两种介质交界面时，将发生反射和折射现象。如图所示。 光的反射与折射

? 光射线在纤芯和包层的交界处，即相当于光射线遇到了两种不同介质的交界面。 ? 当入射角大于临界角arcsinn2/n1时，光线碰到包层时就会全反射回纤芯， ? 这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去，于是在纤芯与包层的界面上发生

全反射而被限制在纤芯内传播。

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三、 光纤的分类

1、按光纤的组成材料：

? 石英玻璃光纤（主要材料为SiO2）；

? 多组分玻璃光纤（由SiO2、Na2O、CaO等氧化物组成）；

? 塑料包层玻璃芯光纤，全塑光纤，液芯光纤，测光光纤，尾光光纤，工业光纤

等。

2、按光在光纤的传输模式：

A 单模光纤（Single Mode Fibers）

? 在给定工作波长上，只能传输一种模式的光 ? 纤芯很细，一般为8 μm或10 μm，外径125μm

? 特点：传输特性好、内部损耗低、频带宽、易于升级扩容、接续难、对光源要

求高

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B 多模光纤（Multimode Fibers）

? 在给定工作波长上，可以传输多种模式的光 ? 纤芯较粗，一般为50 μm或62.5 μm，外径125μm

? 特点：模间色散大，而且随着距离的增加会更严重，限制了频带。接续相对容

易、对光源的要求相对低。

C、按工作波长：

? 短波长(850nm)

? 长波长(1310nm、1550nm)

D、按折射率分布：

? 阶跃(突变)型(SI) ? 渐变(梯度)型(GI) ? W型

3、单模光纤与多模光纤的区别

简单他说，在光纤的受光角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯-包层交界面上产生全反射的传播光线，就可称之为光的一个传输模式。当光纤的芯直径较大时，则在光纤的受光角内，可允许光波以多个特定的角度射入光纤端面，并在光纤中传播，此时，就称光纤中有多个模式。这种能传输多个模式的光纤就称为多模光纤。

如图所示，以不同入射角入射在光纤端面上的光线在光纤中形成不同的传播模式。沿光纤轴传播的叫作基模，相继还有一次模、二次模等。其中，模次较低的模为低次模，如二次模；模次较高的模为高次模。

当光纤芯直径很小时，光纤只允许与光纤轴方向一致的光线通过，即只允许通过一个

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基模。这种只允许传输一个基模的光纤就称为单模光纤。

单模光纤：

? 传输频带宽，容量大

? 适用于大容量，长距离通信的传输介质。

大容量：565Mb/s～2.5Gb/s 长距离： 30km以上 多模光纤：

? 传输性能较差，带宽较窄，传输容量较小。 ? 适用于小容量，短距离通信的传输介质。

四、 光缆的概述

1、光缆的定义

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.。

通常「光纤」与「光缆」两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为「光缆」。光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害，如水，火，电击等。

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光缆分为：光纤，缓冲层及披覆。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15μm~50μm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。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。

2、光缆的应用

光缆的应用区分，可分为3种：专业用途,，一般屋外，一般屋内。在专业用途上包括海底光缆，高压电塔上之空架光缆,核能电厂之抗辐射光缆，化工业之抗腐蚀光缆等.而一般屋内及一般屋外的分类差异，依各型光缆依制造设计时之特质,其所适用之范围各有不同。

光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架，地下道，直接埋设，管道间铺设，室内用。

五、 光纤通信概述

1、何谓光纤通信

用光波作为载波，以光导纤维作为传输介质的一种通信方式。

电磁波：长波、中波、微波、¤（波长是0.8~1.8μm）、红外线、可见光、紫外线。 使用光(激光器)信号，使用光缆作为传输介质。

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2、光纤通信特点

? 传输频带宽，通信容量大

光载波频率在1014～1015Hz ? 传输衰减小，中继距离长

20dB/km，即可实现通信 目前损耗0.14dB/km ? 抗电磁干扰，传输质量好

体积小、重量轻，便于施工

? 原材料丰富、节约有色金属，有利于环保

? 光纤质地脆、机械强度低、割接需特殊工具、弯曲半径不能过小

3、光纤通信的应用

光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中， 都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速， 是当前研究开发应用的主要目标。

光纤通信的各种应用可概括如下： ① 通信网 

② 构成因特网的计算机局域网和广域网 ③ 有线电视网的干线和分配网 ④ 综合业务光纤接入网

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图为光纤接入互联网

六、 光纤通信系统

1、光纤通信系统的组成

? 发送单元：把电信号转换成光信号 ? 传输单元：载送光信号的介质

? 接收单元：接收光信号并转换成电信号

2、光纤系统图

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器件

? 有源光器件：

光源、光电检测器（实现光信号转换为电信号）、光纤放大器和调制器。

? 无源光器件：

光分路器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。

? 光发射机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。 ? 光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。 ? 中继器的主要作用是延长光信号的传输距离。

七、 光纤收发器与光端机的区别

光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器或光纤转换器（Fiber Converter）。

光端机，就是将多个E1（一种中继线路的数据传输标准，通常速率为2.048Mbps，此标准为中国和欧洲采用）信号变成光信号并传输的设备（它的作用主要就是实现电-光和光-电转换）。

? ?

相同之处：都要进行光电转换 不同之处：

收发器仅进行光电转换，不改变编码，不对数据作其他处理，收发器是针对以太

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网来说的，跑802.3协议，只用于点对点的连接。

光端机，除了光电转换的工作以外，还要对数据信号进行复用和解复用。通常光端机出来的是多对E1线路。SDH，PDH光端机主要用于电信运营商，用于提供多对点到点的数据电路；视频光端机主要用于安防监控、远程教育、视频会议等对视频传输要求适时性比较高的领域，同时可以传输控制、开关量、语音、以太网等信号来满足多业务应用需求，所以我们有时候也将其称为综合光端机。

八、 光纤如何熔接

大家都应该知道光纤是非常长的，但任何线缆都会遇到长度不合适的问题，光纤也是如此，这时候就需要对光纤进行裁剪了。并且光纤在户外传输时都是一股的，而连接到局端就需要将里头的线芯分开连接，这时也需要对光纤进行熔接。 （1）准备工作

光纤熔接工作不仅需要专业的熔接工具还需要很多普通的工具辅助完成这项任务，如剪刀，竖刀等。

（2）安装工作

一般我们都是通过光纤收容箱来固定光纤的，将户外接来的用黑色保护外皮包裹的光纤从收容箱的后方接口放入光纤收容箱中。在光纤收容箱中将光纤环绕并固定好防止日常使用松动。

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（3）去皮工作并清洁

首先将黑色光纤外表去皮，大概去掉1米长左右。

不管我们在去皮工作中多小心也不能保证玻璃丝没有一点污染，因此在熔接工作开始之前我们必须对玻璃丝进行清洁。比较普遍的方法就是用纸巾沾上酒精，然后擦拭清洁每一小根光纤。 （4）套接工作

清洁完毕后我们要给需要熔接的两根光纤各自套上光纤热缩套管，光纤热缩套管主要用于在玻璃丝对接好后套在连接处，经过加热形成新的保护层。

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（5）熔接工作

将两端剥去外皮露出玻璃丝的光纤放置在光纤熔接器中。

然后将玻璃丝固定，按SET键开始熔接。（如下图）可以从光纤熔接器的显示屏中可以看到两端玻璃丝的对接情况，如果对的不是太歪的话仪器会自动调节对正，当然我们也可以通过按钮X，Y手动调节位置。等待几秒钟后就完成了光纤的熔接工作。

（6）包装工作

熔接完的光纤玻璃丝还露在外头，很容易折断。这时候就可以使用刚刚套上的光纤热缩套管进行固定了。将套好光纤热缩套管的光纤放到加热器中按“HEAT”键开始加热，（如下图）过10秒钟后就可以拿出来了，至此完成了一个线芯的熔接工作。最后还需要把熔接好的光纤放置固定在光纤收容箱中。

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