光纤最终版
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关于光纤,看完了,就懂了光纤是一种纤细的、柔软的固态玻璃物质,它由纤芯、包层、涂覆层三部分组成,可作为光传导工具。
光纤的纤芯主要采用高纯度的二氧化硅(SiO2),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(SiO2),也掺有一些的掺杂剂,以降低包层的光折射率n2,n1>n2,发生全反射;涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙,增加机械强度和可弯曲性。
光纤传输原理全反射原理:因光在不同物质中的传播速度是不同的,所以光从一种物质射向另一种物质时,在两种物质的交界面处会产生折射和反射。
而且,折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。
当入射光的角度达到或超过某一角度时,折射光会消失,入射光全部被反射回来,这就是光的全反射。
不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率),相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。
光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
按照几何光学全反射原理,射线在纤芯和包层的交界面产生全反射,并形成把光闭锁在光纤芯内部向前传播的必要条件,即使经过弯曲的路由光线也不射出光纤之外。
光纤技术的起源与发展1966年,美籍华人高锟和霍克哈姆发表论文,光纤的概念由此产生。
1970年,美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤,光纤通信时代由此开始。
1977年美国在芝加哥首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。
当时8.5微米波段的多模光波为第一代光纤通信系统。
随即在1981年、1984年以及19世纪80年代中后期,光纤通信系统迅速发展到第四代。
第五代光纤通信系统达到了应用的标准,实现了光波的长距离传输。
光纤通信的发展阶段第一阶段:1966-1976年,是从基础研究到商业应用的开发时期。
在这一阶段,实现了短波长0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纤通信系统,无中继传输距离约10km。
第二阶段:1976-1986年,这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
光纤到桌面(FTTD)FTTD方案优势光纤到桌面FTTD(Fiber to the Desktop)是指光纤替代传统的铜缆传输介质直接延伸至用户终端电脑,使用户终端全程通过光纤实现网络接入。
铜缆系统由于价格成本低、安装施工简单、维护方便和支持PoE以太网技术等特点,在工作区子系统中仍然处于统治地位。
但是,随着光通信技术的发展、铜缆系统升级的瓶颈和应用环境的复杂性等,光纤的优点越发明显:(1)光纤可支持更远距离、更高带宽的传输。
新一代的OM4多模光缆在850nm波长提供至少4700MHz•km的有效模式带宽、3500MHz•km的注入模式带宽,在1300nm波长提供至少500MHz•km的注入模式带宽,都支持最长550m的10Gbps 串行传输,以及150m以上的40/100Gbps传输。
零水峰OS2单模光缆在万兆的以太网中,最长甚至可以达到40公里的传输。
这些都是铜缆系统根本无法做到的。
当信息点传输距离超过了100米,选择铜缆系统布线,必须要增加区域管理间,增加网络设备和布线材料,这都会导致项目工程成本增加,并且,还有可能增加链路故障点。
但是,光纤系统却可以很轻易的解决这个问题。
(2)光纤采用了光信号传输,无电磁泄露,光波也跑不出光纤,没有信号泄露,光纤通信的先天保密特性被逐步应用到了一些对数据安全比较敏感部门。
比如国家军队、航天、研究所、公检法机关、军事行业、高科技研发单位等。
(3)光纤通信不易受到外界电磁干扰EMI和无线电频干扰RFI,数据传输稳定,传输带宽高,带宽升级简单等等特性对于一些对数据传输质量要求比较高,数据传输量比较大的部门逐步所认可和接受;比如大型医院的影像系统传输、图书馆、档案馆、勘察设计院的海量图片、影像资料传输等等。
(4)铜缆系统从Cat5发展到Cat6A,在结构上增加了十字骨架、屏蔽层(甚至双层屏蔽层),线径变得越来越大,这些都无形增加了铜缆的原材料成本、运输成本、安装辅材成本、安装施工成本和测试成本等。
光纤通信的原理
光纤通信是一种利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
光纤通信的原理主要依靠光的全反射和光的波导特性来实现。
光纤通信具有传输带宽大、传输距离远、抗干扰能力强等优点,因此在现代通信领域得到了广泛的应用。
首先,光纤通信的原理基于光的全反射。
当光线从光密介质射向光疏介质时,入射角大于临界角时,光线将会发生全反射,完全留在光密介质中传播。
光纤的核心部分就是利用了这一原理,光线在光纤内部不断发生全反射,从而实现信号的传输。
这种全反射的特性使得光纤可以实现长距离的信号传输,而且信号几乎不会受到衰减和干扰。
其次,光纤通信的原理还依赖于光的波导特性。
光纤的结构是由一根纤维芯和包裹在外面的护套组成,光线主要是通过纤维芯来传播的。
纤维芯的直径非常小,通常只有几微米,这就使得光线只能沿着纤维芯的轴线传播,而不会发生散射。
这种波导特性保证了光纤通信的高效传输,同时也保证了信号的保密性,因为外部无法轻易窃取到信号。
除此之外,光纤通信的原理还涉及到光的调制和解调技术。
在光纤通信中,光信号需要经过调制器进行数字信号的转换,然后通过光纤进行传输,最终到达解调器进行信号的解析。
调制和解调技术的发展,使得光纤通信可以实现更高的传输速率和更可靠的信号传输质量。
总的来说,光纤通信的原理是基于光的全反射和波导特性,通过光的调制和解调技术实现信息的传输。
光纤通信具有传输带宽大、传输距离远、抗干扰能力强等优点,因此在现代通信领域得到了广泛的应用。
随着技术的不断进步,光纤通信的原理也在不断完善和发展,为人们的通信生活带来了更多的便利和可能性。
光纤通信技术概述
光纤通信技术是利用光纤作为传输介质,通过光信号的传输和调制来实现高速、长距离、大容量的信息传输。
光纤通信技术主要包括三个主要部分:光源、光纤和光接收器。
光源是产生光信号的装置,常见的光源包括激光器和发光二极管(LED)。
激光器具有高亮度、窄谱宽、方向性好等特点,适用于长距离通信。
而LED则具有低成本、大发光角度等特点,适用于短距离通信。
光纤是光信号的传输介质,由光纤芯和包层组成。
光纤芯是光信号传输的核心部分,通常由高纯度的二氧化硅制成,具有较高的折射率。
包层是光纤芯的外层,由低折射率的材料制成,用于保护光纤芯并使光信号在光纤内部反射传输。
光接收器是将光信号转换为电信号的装置,主要由光电二极管和放大电路组成。
光电二极管能将光信号转换为电流信号,然后经过放大电路进行放大和处理,最终得到可用于数据处理的电信号。
光纤通信技术具有以下优点:传输速度快、带宽大、传输距离远、抗干扰能力强、安全性高等。
因此,在现代通信领域得到广泛应用,包括互联网、电视、电话等各个方面。
光纤通信技术总结一绪论1.1966年英籍华裔学者高琨和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文,指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
2.光纤通信技术不断创新:光纤从多模发展到单模,工作波长从0.85?m发展到1.31?m,传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。
3.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。
4.电缆通信和微波通信的载波是电波,光纤通信的载波是光波。
5.直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流,是输出光随电信号变化而实现的,这种方案技术简单、成本较低、容易实现,但调制速率受激光器的频率特性所限制。
外调制是把激光的产生和调制分开,用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的,这种调制的优点是调制速率高,缺点是技术复杂,成本较高。
6.目前,使用光纤通信系统普遍采用直接调制——直接检测方式,光接收机最重要的特性参数是灵敏度。
7.光纤通信系统包括电信号处理部分和光信号传输部分。
光信号传输部分主要由基本光纤传输系统组成,包括光发射机、光纤传输线路和光接收机三个部分。
光纤通信系统可以传输数字信号,也可以传输模拟信号。
二光纤和光缆1、光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
纤芯的折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一点的机械保护作用。
2、光纤类型:突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤等等 3、损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输带宽。
色散是在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。
色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。
模式色散:是由于不同模式的传播时间不同而产生的,它取决于光纤的折射率分布,并和光纤材料折射率的波长特性有关。
材料色散:是由于光纤的折射率随波长而变化,以及模式内部不同波长成分的光,其传播时间不同而产生的。
广东铁塔公司2015年第一批新建及改造站点工程项目施工技术标准和要求一基站配套部分二土建装修部分三其他说明一基站配套部分1.施工要求1.1施工准则1.1.1施工单位必须严格按照批准后施工图设计进行施工。
1.1.2施工单位接到任务书,应制订详细的施工方案、计划和进度,保证按时完成任务。
1.1.3施工单位接到施工图后,应组织相关的施工人员、讲解本次施工的要点、要求和注意事项,使施工人员明确施工的性质、内容和任务。
更好的,按期、按质、按量完成施工任务。
1.1.4施工单位必须遵守国家或部委颁发的法规、标准和规范。
1.1.5施工单位必须严格执行国家或部委颁发的工程施工及验收技术规范或工程及验收暂行技术规定,以及中国铁塔公司的有关文件规定和要求。
1.1.6施工质量应以施工质量第一位宗旨,施工单位必须加强施工现场的管理和施工监督,严格执行施工规范。
做到施工工艺精良,各种测试项目齐全、记录清楚、文字端正、数据准确。
符合相关技术要求。
1.1.7施工单位必须严格按施工操作程序施工,做到文明施工、文明生产。
施工中应做好防火、防电、防雷、防化学气体、防事故等预防性的工作,做到施工人员的安全及设备材料的安全。
1.1.8施工完毕,各项测试指标合格,需对电路进行割接时、施工单位应制订出详细的割接方案、步骤和方法报建设单位和主管单位批准后进行割接并保证做到万无一失。
1.2施工工艺要求和测试要求1.2.1设备安装设备机架安装应按施工图平面设计位置安装。
机架安装要求垂直、牢固、安装位置正确、方向一致,符合原邮电部及信息部通信设备安装抗震加固或设计文件抗震加固要求。
新旧设备内的各种插件应按设计文件进行插接,不能插错,插接位置正确、牢固、不松动。
1.2.2槽道或走线梯的安装槽道或走线梯安装位置应符合施工图的设计要求,与设计高度或原有槽道高度、水平一致,吊挂要垂直,安装位置正确,各种连接件、紧固件安装牢固符合抗震加固要求。
1.2.3音频线的布放1.2.3.1 音频线的布放应按施工图设计指引的路由和方向布放,在水平和垂直的位置,电缆布放要平直不弯曲,绑扎要整齐、松紧要适度,转弯的地方要弯位适当、整齐、美观。
光纤结构引言光纤是一种用于传输光信号的特殊材料,它具有高速、大带宽和低损耗等优点,被广泛应用于通信、医疗、军事等领域。
本文将详细介绍光纤的结构和工作原理。
光纤的基本结构光纤由三个部分组成:芯、包层和外包层。
1. 芯光纤的芯是其中最重要的部分,它是一个细长的柱状结构,负责传输光信号。
芯通常由高折射率材料制成,如硅或玻璃。
其直径一般为几个微米至几十个微米。
2. 包层芯周围包覆着一个较低折射率的包层,用于限制光信号在芯内传播时的损耗。
包层通常由掺杂有其他元素的材料制成,如掺氟化碳或掺硅氧化物。
3. 外包层外包层是覆盖在包层外部的一层保护性涂层,主要起到保护和加强作用。
外包层通常由聚合物材料制成,具有良好的耐磨和抗化学腐蚀性能。
光纤的工作原理光纤传输光信号的原理基于总反射。
当光线从一介质(如芯)进入另一介质(如包层)时,会发生折射现象。
如果光线的入射角度大于临界角,就会发生全反射,即光线完全被反射回原介质中。
光纤利用这种全反射现象将光信号沿着芯内传输。
当光信号从一个端口输入到光纤中时,它会以一定的角度进入芯中并沿着芯内壁进行多次全反射,最终到达另一个端口。
这样就实现了信号的传输。
光纤的类型根据不同的应用需求和结构特点,可以将光纤分为多种类型。
1. 单模光纤单模光纤是一种核心直径非常小的光纤,通常为几个微米。
它可以使得只有一个波长(单色)的光能够在其中传播,并且具有较低的传输损耗和较高的传输容量。
单模光纤主要用于长距离通信和高速数据传输。
2. 多模光纤多模光纤的核心直径较大,通常为几十个微米。
它可以使得多个波长(多色)的光能够在其中传播,但由于不同波长的光在传播过程中会发生色散现象,导致信号失真和损耗增加。
多模光纤主要用于短距离通信和局域网。
3. 具有特殊结构的光纤除了单模和多模光纤外,还有一些具有特殊结构的光纤,如光栅光纤、微结构光纤等。
这些特殊结构的光纤可以实现更复杂的功能,如滤波、分束、耦合等。
光纤的应用由于其优异的性能和广泛的应用前景,光纤已经成为现代社会不可或缺的一部分。
4一阶跃折射率光纤,纤芯半径a=25μm ,折射率n 1=1.5,相对折射率差△=1%,长度L=1km 。
求:(1)光纤的数值孔径NA ;(2)子午线线的最大时延差
(3)若将光纤的包层和涂覆层去掉,求裸光纤的NA 和最大时延差 答:(1)NA=sin θmax= n 12−n 22≈n 1 2∆
∴NA ≈1.5 2×0.01≈0.212,θmax <π
2 (2)△τmax =τmax −τmin ≈△L n 1/c ∴△τmax ≈(0.01×1×103×1.5)/3×108=50×10−8s=50ns
(3)NA=sin θmax= n 12−n 02n 0=1
∴NA= 1.52−12≈1.118,θmax >π
2,不符合物理意义∴NA=1 △τmax =τmax −τmin ≈△Ln 1
c (
n 1−n 0n 0)=2.5×10−6=2.5µs 5.在半导体激光器P-I 曲线中,那些范围对应于荧光?那段范围对应于激光?
纵轴:输出功率
横轴:激光器驱动电流
受激辐射:激光输出自发辐射:荧光输出
当注入电流较小,小于阈值电流时,对应荧光。
当
注入电流达到阈值之后,对应激光。
2、一个Ge 二极管,入射光波长λ=1.3μm ,在这个波长下吸收系数α=104cm −1,入射角表面的反射R =0.05,P +接触层的厚度为1μm ,它所能得到的最大的量子效率为多少?
解:η=I P e 0
p 0= 1−r e −αω 1−e −αω = 1−0.05 e −104∗104 1−e −10αω 当e −αω越小,y 越大,y max =0.95e −1=35%
12、一半导体激光器,谐振腔长L=300μm ,工作性质的损耗系数α=1mm −1,谐振腔两端镜面的反射率R 1R 2=0.33×0.33,求激光器的阈值增益系统γth 。
若后镜面的反射率提高到R 2=1,求阈值时的增益以及阈值电流的变化。
答:已知L=30μm =0.3mm α=1
mm R 1R 2=0.33×0.33=0.1089
由e γtℎ−α 2l ·R 1R 2=1 γtℎ−α 2L =ln 1
R
1R 2 γtℎ−α 0.6=2.217 γtℎ=3.695+α 即γtℎ=4.695
当R 2=1 R 1R 2=0.33×1
由e γtℎ−α 2l ·R 1R 2=1 γtℎ−α 2l =ln 1R
1R 2 γtℎ−α 0.6=1.109 γtℎ=1.848+α 即γtℎ=2.848 ∴γtℎ变小,阈值电流也变小
11、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度,已知GaAs 材料的E g =1.43eV ,某一InGaAsP 材料的E g =0.96eV ,,求它们的发射波长。
(eV 是能量单位,表示一个电子在1伏特电压差下所具有的能量)
答λ=ℎc
E dir =3×108×4.136×10−151.43=1.2408×10−61.43=0.87×10−6m =0.87μm
λ=ℎc dir =3×108×4.136×10−15=1.2408×10−6=1.29×10−6m =1.29μm
5.一拉通型APD ,光在入射面上的反射率R=0.03,零点场区厚度很小可以忽略,高场区和π区的厚度之和为35µm 。
当光波长λ=0.85µm 时,材料的吸收系数14105.5-⨯=cm α,求:
(1)量子效率;(2)APD 的平均雪崩增益G=100,偏压下每微瓦入射光功率转换成多微安电流? 解:(1))1()1(1αωαωη----=e e
R 01=ω%97)1)(1(=--=-αωηe R (2)v h e P IP R 00η==17.0=ηm MA h e G R v μη/6624
.185.017.01000=⨯⨯== 5.某线路速率622Mbit/s 的光再生段,其光接口各部分的参数如下:①光源为MLM 激光器,发送功率(最坏值)为-3dB ,光纤均方根宽度为2nm ;②光缆衰减系数为0.33dB/km ,光纤活动连接器损耗为0.2dB/个,光纤熔接接头损耗为0.1dB/个,光缆平均敷设长度为2km ,光纤色度色散系数为 2.2ps/km .nm ;③光接收机灵敏度(最坏值)为-28dBm 。
若光缆富余度取0.05dB/km ,请确定该再生段的最长传输距离。
解:损耗受限最大传输距离
km MC Lf
aS af A P P P L m m CM PM RM TM 2.5705.021.033.022.0)28(321=++⨯----=++---= 色散受限最大传输距离km 02.422
6222.2115.01010660=⨯⨯⨯=⋅⋅=δεB D L m 则再生段最长传输距离为42.02km ,为色散限制系统。
4.已知(1)Si PIN 光电二极管,量子效率η=0.7,波长λ=0.85µm ,
(2)Ge 光电二极管,η=0.4,λ=1.6µm ,计算它们的响应度。
(1) )/(48.024
.185.07.000W A h ye h ye R c v =⨯===λ (2))/(52.024
.16.14.000W A h ye h ye R c v =⨯===λ 1、一光电二极管,当λ=1.3μm 时,响应度为0.6A/W,计算它的量子效率。
解:λ=1.3μm R=0.6A/W
由R=η•e0•λ
h•c 得η=R•h•C
0•λ
=0.6×6.626×10−34×3×10
8
1.3×10−6×1.602×10−19
≈0.573
1.阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么?
当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率,即0<V<2.40483时,此时管线中只有一种传输模式,即单模传输。
2.光与物质间的作用有哪三种基本过程?他们各自的特点是什么?
答:(1)自发辐射:处于高能级电子的自发行为与是否存在外界激励作用无关,自发辐射可以发生在一系列的能级之间,用此材料的发射光谱范围很宽,即使跃迂过程满足相同能级差,它们也是独立的,随机的辐射产生的光子能量相同而彼此无关,各列光波可以有不同的相位和偏振方向,而且向各空间各个角度传播,是一种非相关光。
(2)受激辐射:感应光子的能量等于向下跃迂的能级差,受激辐射产生的光子与感应光子全是全同光子,它们是相干的,受激辐射过程实质上是对外来入射光的放大过程。
(3)受激吸收:受激吸收时需要消耗外来光能,受激吸收过程对应光子被吸收,生成电子一空穴对的光电转化过程。
3.什么是粒子数反转分布?
答:处于高能态的粒子数多余处于低能态的粒子数,N2>N1。
2.构成激光器必须具备哪些功能部件?
有源区、光反馈装置、频率选择元件、光束的方向选择元件、光波导。
3.在光线通信中,对光源的调制可以分为哪两类?特点是什么?
(1)直接调制:适用于电流注入型(LD、LED),光强度调制,原理简单实现方便,传递信息转变成驱动电流控制发光,不适合高速长距。
(2)间接调制:适于任何类型,光源发光、调制功能分离,不因调制影响激光器,高速传输,性能好。
3、光纤放大器有哪些类型?
答:掺铒光放大器、喇曼光纤放大器。
4、EDFA能放大哪个波段的光信号?简述EDFA的结构和工作原理。
答:EDFA能对1550nm波段光进行放大;结构:由掺铒光纤、泵浦源、波分复用器、光隔离器、光滤波器组成。
工作原理:铒离子吸收泵浦光产生受激辐射光,使传输信号光得到放大。
6.EDFA的泵浦光源可选择那些波长?不同波长泵浦时各有什么特点?为什么?
答:常用泵浦光的波长为980nm或者1480nm。
980nm泵浦的EDFA噪声小、驱动电流小、增益平坦性好。
1480nm泵浦的EDFA噪声大。
原因:1480nm泵浦的方向泵浦,有高的量子转换效率。
7.喇曼光纤放大器突出的优点是什么?
答:1)增益介质为普通传输光纤,与光纤具有良好的兼容性;
2)增益波长由泵浦光波长决定,不受其他因素的限制;
3)增益高,串扰小,噪声系数低,频谱范围宽,温度稳定性好。
通过适当改变泵浦激光光波波长可达到在任意波段进行光放大的宽带放大器。
209.8.按照ITU-T规定两波长信道的波长间隔为0.8nm,若光栅解复用器所用的光栅的周期为5μm,求:(1)两波长的主最大强度分开的角度?
(2)在衍射光栅和光纤和光纤终端之间需要的长度为多少便于安装?
9.干涉膜滤波器型双路解复用器结构结构如图9所示,干涉膜是长波通滤波器,对λ1波长
的透射率是98%,对λ2波长的反射率是99%。
试求两个波长信道插入损耗和串扰是多少?。