光纤通信概述

通信业务的迅猛增长主要体现为对传输带宽的需求 光纤通信以其独特的优越性、巨大的传输带宽成为当今最主要的信息传输方式 光纤通信在所有信息传输领域均获得广泛应用

通信网与业务应用 传输网络是各种通信应用的平台 用户规模与业务需求增长推动网络技术发展 为充分利用网络资源，运营商开发的各种新（增值）业务应运而生 光纤通信是电力网通信调度信号传输的发展方向

光纤通信网络 以光波为信号载体，以光导纤维为传输介质的通信方式即为光纤通信 光纤传输具有独特的优越性、巨大的传输带宽 目前，百分之八十五以上的信息（语音、数据、图象）通过光纤传输 我国各通信运营商与各行业、部门的专用网建设的光缆骨干网、城域网及用户接入网总长度已达680万公里以上

光纤通信的特点 传输带宽达数百THz，通信容量极大。 传输衰耗低，中继距离长。 光缆重量轻、尺寸小，便于敷设与维护。 抗电磁干扰,特别有利于电力网通信. 无信号间串扰，保密性好。 材料来源广，成本相对低。

光纤传输的应用问题 光纤使用中不能弯曲过小 光纤线路的连接操作较复杂（固定、活动） 光的分路与耦合较困难

光纤通信的技术演变 大气光通信 1966年：高锟的论点 1970年：光纤（康宁）器件（贝尔）、1976（中国武汉） 系统建设：市话（1982）——长话（1987）——八纵八横 波长应用：850nm——1310nm——1550nm（S、C、L） 光纤应用：MMF——SMF——新型：G.655、LEAF、EDF、DCF 信号类型：模拟——数字（PDH——SDH） 传输速率：8M、34M、140M、——155M、622M、2.5G、10G 使用波长:单一波长——波分复用——密集波分复用(DWDM) 网络技术：光分插复用（OADM）——光交叉连接（OXC） ——自动光交换（ASON）

光纤通信的应用类型 公用网：市话局间中继、长途干线系统 （国际、 一级、二级）、移动网 专用网：铁道、电力、军事、石油、 高速、金融、公安等 公用网：市话局间中继、长途干线系统 （国际、 一级、二级）、移动网 专用网：铁道、电力、军事、石油、 高速、金融、公安等 广电网：HFC图象传输（CATV） 计算机网：WAN、MAN、FRN、DDN 用户接入网：FTTC、FTTB、FTTH、FTTO

光纤通信系统涉及的产品 （1）光传输设备：光端机、中继机、波分复用机 （2）光纤、光缆及附件：接头盒、终端盒、光配线架 （3）光电器件： 有源器件：光源、光探测器、光放大器、波长转换器等 无源器件：连接器、隔离器、耦合 器、波分复用器等 （4）测试仪器与专用工具： 误码分析仪、光时域反射仪（OTDR）、光谱分析仪 光源、光功率计、光纤熔接机、米勒钳、切割器等。

光纤传输系统

单信道光传输系统 交换 交换 光纤数字通信系统的技术指标： （1）误码指标：平均误码率 BER 误码秒 ES 严重误码秒 SES 误码块 EB 误块秒比 ESR （2）抖动与漂移性能 （3）光发送与接收的技术指标 E/O O /E/O O / E 光端机 中继机 光端机 交换 交换

光纤传输扩容方式 光纤通信技术主要围绕提高传输容量与增大传输距离发展。(PDH——SDH——WDM） 提高传输容量的手段有： 1、SDM—采用增加光纤对扩大通信容量。 2、TDM—不断提高信道传输速率。 3、WDM—增加光纤中信道(波长)数量。 增大传输距离的方式有： 1、进行光放大 2、采用色散补偿与前向纠 错技术 3、实现光孤子通信

光传输系统主要指标

光纤传输系统发送指标 1、工作波长（λ）： dBm=10 Log Ps/1mw（毫瓦分贝值） 850nm.1310nm.1550nm(S.C.L波段) 线路传输特性与系统工作波长密切相关。 2、平均发送光功率（Ps） ： 功率单位：mw、μw（制造、购买光源用） dBm（设计、施工、测量用） dBm=10 Log Ps/1mw（毫瓦分贝值）

光纤工作波段 工作窗口 波 段 标称波长 波长范围（nm） 第一窗口 850 第二窗口 O波 段 1310 1280-1360 第一窗口 850 第二窗口 O波 段 1310 1280-1360 第三窗口 S波 段 1550 1460-1530 C波 段 1550 1530-1565 第四窗口 L波 段 1550 1565-1625 第五窗口 E波段 波长扩展 1360-1460

光纤传输系统发送指标 3、光谱特性（Δλ）： 4、边模抑制比（SMSR）： 5、消光比（EXT）： 信号脉冲包含的波长范围 SMSR = Pmain/ Pside≥30dB 5、消光比（EXT）： EXT=P。/P1x100%<10% or 10lgP1/P。>10dB P。：全零码的光功率值，P1：全1码的光功率 值。

光纤传输系统接收指标 1.接收灵敏度(Pr) 在保证系统误码指标的条件下，光接收机所需要的最小光功率值： Pr = 10lg Pmin/mw （dBm） Pr值决定于系统传输速率、码型以及光探测器的类型。 2.接收动态范围(D) 在保证系统误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率值与所允许的最大光功率值之差。 即： D = 10lg Pmax/Pmin（Pr） （dB）

不同工作条件下的接收灵敏度 灵敏度与系统误码指标相关! 速率等级 2Mb/s STM-4 STM-16 STM-64 误码指标 BER 10 10 10 接收灵敏度 -50dBm -32dBm -28dBm -20dBm Pr -9 -10 -12

光纤与光缆

光纤结构 涂复层 n 包层 2 n 纤芯 1 包层 涂复层 n1≈1.4672 n2 ≈1.4647 介质折射率的差别形成光波导

光纤光缆制造工艺 原料提纯 熔炼制棒 拉丝涂覆 套塑成缆

光纤的类别 按传导模数分：多 模（MMF）单 模（SMF） 按折射率分布：渐变型（GI） 阶跃型（SI） 按特殊用途分： 可有不同分类方式: 按传导模数分：多 模（MMF）单 模（SMF） 按折射率分布：渐变型（GI） 阶跃型（SI） 按特殊用途分： EDF、DCF、LEAF……. 按ITU-T或IEC文号分： G.651（ A1 ）、 G.652（ B1 ） G.653（ B2 ）、 G.655（ B4 ）…….

模的概念 纵模 指激光振荡的频谱成分，即波长成分 单纵模激光器的频率仍有一定的分布范围 横模 指电磁场的横向场分布 分为基模TEM00和高阶模TEMmn 偏振模 指同一光波模式所包含的相互正交的两个偏振态 TEM00 TEM11

ITU-T建议文号 G.651光纤(MM)—多模光纤 G.652光纤(SM)—标准单模光纤 G.653光纤(SM)—色散位移光纤 G.656光纤(SM)—宽带NZ-DSF G.657光纤(SM)—抗弯曲衰减光纤

特殊用途光纤 1、掺铒光纤（EDF） 2、色散补偿光纤（DCF） 3、数据光纤 4、大有效面积光纤（LEAF） 5、色散平坦光纤 6、全波光纤（AWF）

常用光纤命名与标准对照 光纤名称 ITU-T标准 IEC标准 多模光纤 G.651 A1a A1b 非色散位移光纤 G.652A、B、C B1.1、B1.3 零色散位移光纤 G.653 B2 截止波长位移光纤 G.654 B1.2 非零色散位移光纤 G.655A、G.655B B4 注:G.652C(B1.3)为全波光纤,G.652B有偏振色散要求,仍归于B1.1 G.654(B1.2)为截止波长位移光纤(最低衰耗光纤)

单模光纤导光原理 光的折射现象： 光的全反射： 1 2 3 3 2 1 Sin = =1.460/1.464 =85.8 光的折射现象： 光的全反射： 1 2 3 3 2 1 Sin = =1.460/1.464 =85.8 入射角=90-85.8=4.2度，近于直线传导。

光纤的基本参数 1.几何尺寸 2 相对折射率差 （μm） EDF 数据 类别 SM MM DCF 9 50 4.5 纤芯直径（2a） 62.5 6 包层外径（2b） 125 约250 涂复层外径 2 相对折射率差 = n1- n2 / n1

光纤的基本参数 3.数值孔径：NA=n1 =Sin 数值孔径表示光纤接收（耦合）光信号的能力 常规单模光纤的NA值约为0.108

光纤的基本参数 6.光纤截面形状误差 1、包层不圆度：< 1% 2、同心度误差： < 0.8μm

光纤的传输特性 传输衰减 传输色散 非线性效应

光纤传输衰减 光纤传输中各种因素引起的信号能量损失 传输衰耗是系统设计、光功率分配、中继距离确定的重要参数 定义： L Pin Pout =10 L g Pin /Pout （dB）

光纤衰减机理 光纤材料固有损耗： 1、 瑞利散射—光纤工艺中材料结晶产生的不 均匀组织引起。其效率与光波长的四次方成反比。 2、材料吸收—光纤材料（含杂质）对光信号的吸收。可分为紫外吸收与红外吸收。

附加损耗 附加损耗 主要指光纤使用中引起的损耗 接续损耗 包括： 1、光纤固定熔接损耗（一般小于0.05dB) 接续损耗 包括： 1、光纤固定熔接损耗（一般小于0.05dB) 2、活动连接损耗(一般小于0.3dB) 弯曲损耗

光纤衰减的测量 常用测量方法： 1、剪断法 2、插入法 3、背向散射法 剪断法测量：（ITU-T建议的基准方法） 滤模器 被测光纤（L） 1、剪断法 2、插入法 3、背向散射法 剪断法测量：（ITU-T建议的基准方法） 滤模器 被测光纤（L） 光源 光功率计 P2 P1 2m = Lg （dB/Km）

背向散射法测量 利用光传输中的背向散射与菲涅尔反射设计的光时域反射仪（OTDR）测量。 OTDR测试功能： 1、光缆线路长度 （工程施工、线路维 2、光纤衰耗分布 护中广泛应用。） 3、接头损耗 4、线路故障点的位置。

光 缆

光缆类别 中心管式 层绞式 骨架式光缆 敷设条件不同分为: 架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆 光缆中光纤的松紧状态不同分为: 缆芯结构不同分为: 中心管式 层绞式 骨架式光缆 敷设条件不同分为: 架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆 光缆中光纤的松紧状态不同分为: 紧结构 松结构 半松半紧结构光缆 使用环境与缆中材料不同可分为: 金属加强构件、非金属加强构件 阻燃、防蚁光缆、电力光缆

光缆构造与材料 套塑 填充 1、松套—多纤合成、油膏填充，适于野外 光缆(PBT) 余长控制（水温、绞合节距） 2、紧套—单纤紧包、线径细，适于局内光缆。 (硅橡胶 or PVC) 填充 材料：气体、油膏、阻水纱 对油膏性能要求：无腐蚀、高低温特性、易 清除

光缆构造与材料 加强件（抗拉） 护层（提供侧面保护） 1、金属：磷化钢丝、钢绞线（野外光缆） 2、非金属：工程塑料（电力光缆用） 芳纶纤维（局内光缆用） 要求：材料杨氏模量 E 值大、不锈蚀 护层（提供侧面保护） 不同结构的光缆根据应用要求选用不同材料的护层，主要提供侧面保护。

光缆构造与材料 光缆外护套 野外用光缆：采用黑色聚乙烯（PE） 易成形、机械强度高、致密性好、耐紫外线。 局内用光缆：浅色聚氯乙烯（PVC） 挠性好、耐弯曲疲劳且具阻燃性能。

光缆型号标识 光缆型式代号（左边字母或数字） 1、光缆类型：GY、GJ、GH、GT、GS…… 2、加强件: 无符号、F、 目前尚无ITU-T建议，采用 GB/T（908-2000） 完整代号分为两大部分： 光缆型式代号（左边字母或数字） 1、光缆类型：GY、GJ、GH、GT、GS…… 2、加强件: 无符号、F、 3、特征代号：B、T、Z、X、G、D…... 光缆型式代号 —— 光纤规格代号

光缆型号标识 光纤规格代号（右边数字或字母） 4、护层代号：PE、PVC、A、S、L、Q、 W、 33、43、53 5、外护套代号：Y（或03，可略）、V 光纤规格代号（右边数字或字母） 依次为：光纤芯数、光纤类型（D、J、S模场直径/包层外径、工作波长（1、2、3）、 衰耗系数、适用温度（A、B、C、D）

光缆代号示例 GYTA33——36D9/125（325）B GYDTS——192D9/125（230）A GYXTW——24D9/125（236）A GJFV——1D9/125（325）D

GYTA

GYTS

GYXTA

GHDT53 3000芯

光无源器件

光无源器件常用类型与功能 光纤连接器——光路的活动连接 光耦合器——光功率分配 光衰减器——光功率控制与调整 光波分复用器——分波与合波 光隔离器——阻挡反向光 光环行器——改变光方向 光纤光栅——信号滤波

光纤连接器 功能： 对光连接器的要求： 为光纤与器件、设备之间、设备和仪表之间或线路与测试仪表之间实现高质量活动连接 可重复插拔 低插损：小于0.3dB 高回损：大于50dB 重复性、互换性好：小于0.1dB 插拔寿命长：大于1000次 价格低

活动连接器基本类型 FC——金属螺纹锁紧式 SC——塑料矩形插拔式样插针：2.5mm ST——金属圆柱卡口式 MT——多芯带状光纤连接 LC——微型连接器（美） 插针：1.25mm MU——微型连接器（日） 光连接器由螺纹锁紧向直接插拔演变，可减小操作空间，增大安装密度，避免挤压

不同结构的 光连接器

插针端面结构与性能 FC - PC – SPC - APC

光纤连接器 型号与参数 常用型号：FC/PC、FC/APC，MU/PC 1.25mm 插针直径： 2.5mm 基本参数：插入损耗 < 0.4dB 插拔次数 > 1000次 回波损耗 > 50dB 跳线长度：0.5、1、5、10 （m）

光衰减器 功能 对光功率进行一定量衰减的器件。 应用场合 系统调试---模拟光纤 中继站----减小富余光功率 光测试仪表----校准定标 分类 光可变衰减器 连续可变光衰减器，分档可变光衰减器 光固定衰减器

光纤线路 接续与成端

光纤接续与成端 接续—光缆线路盘长之间的连接。 成端—光缆线路终端与光传输设备的连接。 接续要求： 纤号确定、准确对接（色标、领示色） 接头损耗尽可能小 连接稳定可靠，满足强度要求 自动化程度高、便于操作 接续费用低

接续施工准备 光缆端部检查（运输、敷设中的损坏） 接头附件： 接头盒、终端盒、热缩管、PVC （清点数量、检查质量） 接续仪器、工具： 光纤熔接机、OTDR、专用开缆、剥线工具 施工车、蓬。

光纤熔接机 工程中均采用自动熔接机。 型号如： 藤仓: FSM - 40S(50S)、 30R（带纤） 、 住友 : TYPE-37SE、TYPE65 （带纤） 功能：自动校准、熔接参数选择、自动放 电熔接、接头质量评估、接头热缩保护。 微处理器运行，屏幕显示 供电：市电转换、蓄充电池（直流12V） 产生4000V高压电弧，温度约1800—2000度。

光缆接头处理步骤 分端套接头盒 开剥光缆约1m，清除油膏，去护层、套管 加强芯固定 光纤熔接与保护 余纤盘留与固定 接头盒密封与安装

光纤熔接程序 分纤对号，套热缩管 去光纤涂覆层 酒精清污 切制端面 光纤放置与校准 放电熔接 强度检测与质量评估 接头热缩保护（裸纤须全部包住）

光配线架成端示意 光配线架（ODF） ＜　＞ 活动连接 活动连接器 跳线

光纤配线架(ODF) 采用国际标准19″机柜，容量大，密度高，为封闭式； 机架右门内布外缆，左门内寸跳纤；布局合理，走线清晰，保证光纤的最小曲率半径； 倾斜的适配器安装形式，既保证了光纤的曲率半径，又可避免光传输时损伤眼睛；

结束语 光纤通信技术日新月异 光纤传输应用无处不在 光分插复用、交叉连接与自动光交换 （ASON）将成为核心技术 全光传送网（OTN）是未来发展方向 FTTH将是光纤传输应用的终极目标