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通信波段劃分及相應傳輸媒介
光(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)/反(fan)射(she)和全反(fan)射(she)
因光(guang)在不(bu)(bu)同(tong)物(wu)質(zhi)(zhi)中的(de)(de)(de)傳播(bo)速度是(shi)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de),所(suo)以(yi)光(guang)從一(yi)種(zhong)物(wu)質(zhi)(zhi)射(she)向另一(yi)種(zhong)物(wu)質(zhi)(zhi)時(shi),在兩種(zhong)物(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)交界(jie)面處會產生折(zhe)(zhe)射(she)和反(fan)射(she)。而且,折(zhe)(zhe)射(she)光(guang)的(de)(de)(de)角(jiao)度會隨入(ru)射(she)光(guang)的(de)(de)(de)角(jiao)度變化(hua)而變化(hua)。當入(ru)射(she)光(guang)的(de)(de)(de)角(jiao)度達(da)到或超(chao)過某一(yi)角(jiao)度時(shi),折(zhe)(zhe)射(she)光(guang)會消失(shi),入(ru)射(she)光(guang)全部被反(fan)射(she)回來,這(zhe)就是(shi)光(guang)的(de)(de)(de)全反(fan)射(she)。不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)對相同(tong)波長光(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)角(jiao)度是(shi)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(即不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)有(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)光(guang)折(zhe)(zhe)射(she)率),相同(tong)的(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)對不(bu)(bu)同(tong)波長光(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)角(jiao)度也是(shi)不(bu)(bu)同(tong)。光(guang)纖通訊就是(shi)基于以(yi)上原理而形成的(de)(de)(de)。
反射率分布:表征光學材料的一個重要參數是折射率,用N表示,真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。
N=C/V
光纖通(tong)信(xin)用的(de)(de)石英(ying)玻璃的(de)(de)折射率約為1.5
光的基本知識
光纖(xian)結(jie)構
光纖(xian)裸纖(xian)一般(ban)分為(wei)三(san)層:
第一層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為9-10μm,(單模)50或62.5(多模)。
第二層:中間為低折射率硅玻璃(li)包(bao)層(直徑一般為125μm)。
第三層:最外是加強用的樹脂涂層。
1)纖芯(xin) core:折(zhe)射(she)率較高,用來(lai)傳送光;
2)包層 coating:折射率較低,與纖芯一起形成全反射條件;
3)保(bao)護套 jacket:強(qiang)度大,能承受較大沖(chong)擊,保(bao)護光纖。
3mm光纜?
橘(ju)色(se) MM 多模(mo)
黃色 SM 單模
光(guang)纖的尺寸
外徑(jing)一般(ban)為125um(一根頭發平均100um)
內徑:單模9um 多模50/62.5um
數(shu)值(zhi)(zhi)孔徑
入(ru)射到(dao)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)端(duan)面的(de)光(guang)(guang)并不能全部被光(guang)(guang)纖(xian)(xian)所傳輸,只是(shi)在某個(ge)角(jiao)度范圍內的(de)入(ru)射光(guang)(guang)才可以(yi)。這個(ge)角(jiao)度就稱為(wei)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)孔徑。光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)孔徑大些(xie)對于(yu)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)對接是(shi)有(you)利的(de)。不同廠家生(sheng)產(chan)的(de)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)孔徑不同
光纖的種類
按光在光纖中的傳輸模式可分為:
多模(Multi-Mode) (簡稱:MM)
單模(Single-Mode)(簡稱:SM)
多模(mo)(mo)光(guang)纖:中心玻璃芯較粗(cu)(50或62.5μm),可(ke)傳(chuan)多種模(mo)(mo)式的(de)(de)光(guang)。但其模(mo)(mo)間色(se)散較大,這就限(xian)制了(le)傳(chuan)輸(shu)數字(zi)信號的(de)(de)頻率,而且隨距離(li)的(de)(de)增加會(hui)更加嚴重。例如:600MB/KM的(de)(de)光(guang)纖在(zai)2KM時(shi)則只有300MB的(de)(de)帶寬(kuan)了(le)。因此,多模(mo)(mo)光(guang)纖傳(chuan)輸(shu)的(de)(de)距離(li)就比較近,一般只有幾公里。
單模光纖:中心玻璃芯較細(芯徑一般為9或10μm),只能傳一種模式的光。實際上是階躍型光纖的種,只是纖芯徑很小,理論上只允許單一傳播途徑的直進光入射至光纖內,并在纖芯內作直線傳播。光纖脈沖幾乎沒有展寬。因此,其模間色散很小,適用于遠程通訊,但其色度色散起主要作用,這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求,即譜寬要窄,穩定性要好。
光纖的分(fen)類
按材料分(fen)類:
玻璃光纖:纖芯與包層都是玻璃,損耗小,傳輸距離長,成本高;
膠套硅光纖:纖芯是玻(bo)璃,包層為(wei)塑料(liao),特(te)性同玻(bo)璃光纖差不多,成本較(jiao)低(di);
塑料光纖:纖芯與包層都是塑料,損耗大,傳輸距離很短,價格很低。多用于家電、音響,以及短距的圖像傳輸。
按最佳傳輸頻率窗(chuang)口:常規型單(dan)模光纖(xian)和色散位(wei)移型單(dan)模光纖(xian)。
常規型:光纖生產長家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上,如1300nm。
色(se)散位移型:光(guang)纖生產長家將光(guang)纖傳輸頻率最佳化在兩個(ge)波長的光(guang)上,如:1300nm和1550nm。
突變型:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低,模間色散高。適用于短途低速通訊,如:工控。但單模光纖由于模間色散很小,所以單模光纖都采用突變型。
漸變型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian):光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)中心(xin)芯(xin)到玻璃包層(ceng)的折射率是逐漸變小,可使高模(mo)光(guang)(guang)(guang)按(an)正弦形(xing)式傳播,這(zhe)能(neng)減少模(mo)間色(se)散,提高光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)帶寬,增(zeng)加傳輸(shu)距離(li),但成本較高,現(xian)在的多(duo)模(mo)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)多(duo)為漸變型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)。
常用光纖規格
光纖尺寸:
1)單(dan)模纖芯(xin)直徑:9/125μm,10/125μm
2)包層外徑(2D)=125μm
3)一次涂敷外徑(jing)=250μm
4)尾纖:300μm
5)多模:
50/125μm,歐洲(zhou)標準
62.5/125μm,美國標準
6)工業,醫療和低速網絡:100/140μm, 200/230μm
7)塑料:98/1000μm,用于汽車控制
光纖衰減
造成光纖衰減的(de)主要因素有:本征(zheng),彎曲,擠壓,雜質,不均勻和對接等。
本征:是光纖的固有損耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。
彎曲:光纖(xian)彎曲時部分光纖(xian)內的光會因散射而損(sun)失掉,造成的損(sun)耗。
擠壓:光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質:光(guang)(guang)纖內雜質吸收和(he)散射在(zai)光(guang)(guang)纖中傳播的光(guang)(guang),造成(cheng)的損失。
不均勻:光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
對(dui)接:光纖對(dui)接時產生的(de)損耗(hao),如(ru):不同(tong)(tong)軸(單(dan)模光纖同(tong)(tong)軸度要(yao)求小于0.8μm),端面與(yu)軸心不垂直,端面不平(ping),對(dui)接心徑不匹配和(he)熔(rong)接質量差等(deng)。
光纜的種類
1)按敷設方式分有:自承重架空光纜,管道光纜,鎧裝地埋光纜和海底光纜。
2)按光(guang)(guang)纜(lan)結構分有:束管式(shi)光(guang)(guang)纜(lan),層絞式(shi)光(guang)(guang)纜(lan),緊抱(bao)式(shi)光(guang)(guang)纜(lan),帶(dai)式(shi)光(guang)(guang)纜(lan),非金屬(shu)光(guang)(guang)纜(lan)和可分支光(guang)(guang)纜(lan)。
3)按用途分有:長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內用光纜。
光(guang)纜(lan)(lan)的接(jie)續(xu)與(yu)成端
光(guang)纜(lan)(lan)的接(jie)續(xu)與(yu)成端是光(guang)纜(lan)(lan)線(xian)路維(wei)護人員必須掌(zhang)握的基本技能。
光纜的接續技術分類:
1)光纖(xian)的接續技術和(he)光纜的接續技術兩部分。
2)光纜的成端類似光纜的接續,只不過由于接頭材料不同而操作該當也有所不同。
光(guang)纖接續的種(zhong)類
光(guang)纜接續一般(ban)可(ke)分(fen)為兩大(da)類:
1)光纖的固定接續(俗稱死接頭)。一般采用光纖熔接機;用于光纜直接頭。
2)光(guang)纖的活動(dong)接(jie)(jie)頭(俗稱(cheng)活接(jie)(jie)頭)。用能夠拆卸的連(lian)接(jie)(jie)器連(lian)接(jie)(jie)(俗稱(cheng)活接(jie)(jie)頭)。用于光(guang)纖跳線(xian)、設備連(lian)接(jie)(jie)等地方
由于光纖端面的不完整性和光纖端面壓力的不均勻性,一次放電熔接光纖的接頭損耗還比較大,現在采用二次放電熔接法。先對光纖端面預熱放電,給端面整形,去除灰塵和雜物,同時通過預熱使光纖端面壓力均勻。
光(guang)纖連接損耗的監(jian)測(ce)方法
光(guang)纖連接損耗的監(jian)測(ce)方法有三(san)種(zhong):
1、在熔接機上進行監測。
2、光源、光功率計監測。
3、OTDR測量法
光纖(xian)接(jie)續的操作(zuo)方法
光纖(xian)接(jie)續操作(zuo)一(yi)般分為:
1、光纖端面的處理。
2、光纖的接續安(an)裝。
3、光纖的熔接。
4、光纖接頭的保護。
5、余纖的盤留五個步驟。
通常整個(ge)光纜(lan)的接續按以下步驟進行:
第一步:大量好長度,開剝光纜,除去光纜護套;
第二步(bu):清(qing)洗、去(qu)除光纜內的石(shi)油填充膏。
第三步:捆扎好光纖。
第四步:檢查光(guang)纖心數,進行光(guang)纖對號,核(he)對光(guang)纖色標是否有誤;
第五步:加強心接續;
第六(liu)步:各種輔助線(xian)(xian)對,包括公務線(xian)(xian)對、控制線(xian)(xian)對、屏蔽地線(xian)(xian)等接續(如(ru)果有上述(shu)線(xian)(xian)對。
第七步:光纖的接續。
第八步:光纖接(jie)頭保(bao)護處理;
第九步:光纖余纖的盤庫留處理;
第十步:完成光纜(lan)護套的接續(xu);
第十一步:光纜接頭的保護。
光纖的損耗
1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km
1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km
850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km
光纖熔接點損耗:0.08dB/點
光纖熔接點 1點/2km
常見光纖名詞
1)衰減
衰減:光在光纖(xian)中(zhong)傳輸時的能量損耗(hao)單模光纖(xian)1310nm 0.4~0.6dB/km1550nm 0.2~0.3dB/km塑料(liao)多模光纖(xian)300dB/km
2)色散
色散(Dispersion):光脈沖沿著光纖行(xing)進一段(duan)距離(li)后(hou)造成(cheng)的頻寬變(bian)粗(cu)。它是限制傳輸速率的主要因素(su)。
模間色散:只發生在多模光纖,因為不同模式的光沿著不同的路徑傳輸。
材料(liao)色(se)散:不同波長的光行進速度不同。
波導色散:發生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時,會以稍有不同的速度行進。在單模光纖中,通過改變光纖內部結構來改變光纖的色散非常重要。
光纖類型
G.652零(ling)色散點在1300nm左右(you)
G.653零色散點在1550nm左右
G.654負(fu)色散光纖
G.655色散位移光纖
全波光纖
3)散射
由于光線(xian)的(de)(de)基(ji)本結構不完美,引起的(de)(de)光能量(liang)損失,此時光的(de)(de)傳輸(shu)不再具有很好的(de)(de)方向性。
光(guang)纖(xian)系(xi)(xi)統(tong)基礎知識(shi)
基本光(guang)纖(xian)系(xi)(xi)統(tong)的構架(jia)及其功能介紹:
1.發送單元:把電信號轉換成光信號;
2.傳(chuan)輸單元(yuan):載送光信號的介質;
3.接收單元:接收光信號并轉換成電信號;
4.連接(jie)器(qi)件:連接(jie)光纖到光源、光檢測(ce)以及其(qi)它(ta)光纖。
常用(yong)連(lian)接器類型
連接頭端面類型
耦合器(coupler)
主要功能再分配光信號
重要應用在光(guang)纖(xian)網絡
尤其是應用在局域網
在波分復(fu)用器件上(shang)應用
基本結構
耦合(he)器是雙(shuang)向無(wu)源器件
基本形式有樹型、星型
——與耦合器(qi)對應的有(you)分路(lu)器(qi)(splitter)
以圖形表示
波分(fen)復用器
WDM—Wavelength Division Multiplexer在一條(tiao)光(guang)(guang)纖中(zhong)(zhong)傳輸多(duo)個光(guang)(guang)信號(hao),這些光(guang)(guang)信號(hao)頻率不同,顏色不同。波分(fen)復用器就是(shi)要把(ba)多(duo)個光(guang)(guang)信號(hao)耦合進同一根(gen)光(guang)(guang)纖中(zhong)(zhong);解波分(fen)復用器就是(shi)從一根(gen)光(guang)(guang)纖中(zhong)(zhong)把(ba)多(duo)個光(guang)(guang)信號(hao)區分(fen)出來。
波分復用器(圖例)
發送(song)單元
接收單元
光纖數字通信
數字(zi)系(xi)統中(zhong)脈沖(chong)的定義:
1.振幅:脈沖的高度在光纖系統中表示光功率能量。
2.上升時(shi)間:脈(mo)沖從最大(da)振幅的10%上升到90%所需要(yao)的時(shi)間。
3.下降時間:脈沖從振幅的90%下降到10%所需要的時間。
4.脈沖寬(kuan)(kuan)度:脈沖在(zai)50%振(zhen)幅位置的寬(kuan)(kuan)度,用時間表示。
5.周期:脈沖特定的時間,就是完成一個循環所需要的工作時間。
6.消光(guang)比:1信號光(guang)功率于0信號光(guang)功率的(de)比值。
光纖通信中常用單位的定義:
1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin )
Pout :輸出功率 ; Pin :輸入功率
2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw)
是通信工程中廣泛使用的單位;
通(tong)常表示以1毫(hao)瓦為參考(kao)的光功率;
example: –10dBm表示光功率等于100uw。
3. dBu = 10 log10 ( P / 1uw)
文章編輯:CobiNet(寧波)
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