详解网络光纤传输技术

详解网络光纤传输技术

光纤通信的优点是：

光纤的容量大。其以光纤为传播媒介，光波为载波，具有很高的频率（约10的14次方HZ）。

光纤的损耗低、中继距离长。目前使用的光纤一般为石英光纤，其在1.55um波长区的损耗低至0.18db/km，理论上，其损耗系数可以低至10的-3次方到10的-5次方db/km，此时其中继距离可达数千数万公里。

光纤的抗电磁干扰能力强。相比于电话线和电缆不能和高压电线平行架设，光纤的架设不受电磁环境的影响。

保密性能好。电通信方式很容易被人窃听，只要在明线或者电缆附近设置一个接收装置，就可以获取明线或者电缆中传送的信息。

光纤通信的缺点是：

抗拉强度低

连接困难

怕水

光纤通信系统的组成

主要有光发送机、光纤电缆、中继器和光接收机组成。

光发送机的主要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。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成。

光接收机的主要作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。一般由光电检测器和解调器组成。

光纤的作用是为光信号的传送提供传送信道，将光信号由一处传送到另外一处。

光纤通信系统的分类：

中继器的作用是延长光信号的传输距离。分为电中继器和光中继器（光放大器）。

根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。

根据光源的调制方式，光纤通信系统可以分为直接调制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统。

根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。

根据系统的工作波长，光纤通信系统可以分为短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。

光纤（OF）的结构

一般分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。

光纤的类型

按照光纤截面上折射率分布，分为阶跃型光纤（SIF）和渐变型光纤（GIF）.

按照光纤中传输的模式数量，分为多模光纤（MMF）和单模光纤（SMF）

按照光纤的工作波长分类，分为短波长光纤，长波长光纤和超长波长光纤

按照ITU-T建议分类，分为G.651(渐变型多模光纤)，G.652(常规单模光纤)，G.653(色散位移光纤)、G.654（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）

按照套塑方式可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。

现在实用的石英光纤通常有以下三种：阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤（G.651）和阶跃型单模光纤。

光缆的结构

光缆一般分为缆芯和护层两大部分。缆芯是光缆的主体，其结构是否合理，与光纤的安全运行关系很大。基本要求是：光纤在缆芯中处于最佳位置和状态，保证光纤传输性能稳定，在光纤受到一定的拉力、侧压力等外力时，光纤不应承受外力影响，其次缆芯内的金属线对也应得到妥善安排，并保证其电气性能；另外缆芯截面应该尽可能小，以降低成本和敷设空间。

护层有护套和外护层构成，作用是进一步保护光纤，使光纤能适应在各种场地的敷设，如架空、管道、直埋、室内、过河、跨海等。对于采用外周加强元件的光缆结构，还需提供足够的抗拉、抗压、抗弯曲等机械特性方面的能力。

光纤的基本结构有层绞式、骨架式、束管式、带状式。我国使用最多的是层绞式和骨架式。

光缆的类型

根据光缆的传输性能、距离和用途，可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。

根据光缆的芯数多少，可以分为单芯和多芯光缆。

根据敷设方式，可以分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。

根据护层材料性质，可以分为普通光缆、阻燃光缆等。

光缆的型式代号

由分类、加强构件、派生（形状、特性）、护套和外护层五部分组成。

分类代号:

GY野外光缆（室外）

GR软光缆

GJ局内光缆（室内）

GS设备内光缆

GH海底光缆

GT特殊光缆

GW无金属光缆

加强构件代号：

Null：金属加强构件

F非金属加强构件

G金属重型加强构件

H非金属重型加强构件

派生特征代号

B扁平式结构

Z自承式结构

T填充式结构

S松套结构

护套代号

Y聚乙烯护套

V聚氯乙烯护套

U聚氨酯护套

A铝、聚乙烯护套

L铝护套

Q铅护套

G钢护套

S钢、铝、聚乙烯综合护套

外护层代号

主流的技术及标准

当前的主要技术有：波分复用技术，可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率（或者波长）不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器），将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。自从上个世纪末，波分复用技术出现以来，由于它能极大提高光纤传输系统的传输容量，迅速得到了广泛的应用。

不同种类的光纤，由于其传输特性不同，会有不同的适用范围，按光在光纤中的传输模式划分，可以分为单模光纤和多模光纤两种。常用的多模光纤直径125um，其中芯径一般在50-100um之间。在多模光纤中，可以有数百个光波同时传播，多模光纤一般工作于短波长（0.8um）区，损耗于色散都比较大，带宽较小，适用于低速短距离光通信系统中。多模光纤的优点在于其具有较大的纤芯直径，可以用较高的耦合效率将光功率注入道多模光纤中。

常用的单模光纤直径也为125um，芯径为8-12um。在单模光纤中，因为只有一个模式传播，不存在模间色散，具有较大的传输带宽，并且在1550nm波长区的损耗非常低（约0.2-。25db、km），所以被广泛应用于高速长距离的光纤通信系统中。使用单模光纤时，色度色散是影响信号传输的主要因素，所以对光源的谱宽和稳定性都有比较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。单模光纤一般必须使用半导体激光器激励。按照最佳传输频率窗口划分，可以分为常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。它们的区别主要在于传输频率，常规型最佳传输频率在1310nm附近，而色散位移型最佳传输频率在1550nm附近。

光器件

分为有源光器件和无源光器件。

光无源器件

光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，是不含光能源的光功能器件的总称，不需要外加能源驱动工作的光电子器件。光无源器件在光路中都要消耗能量，插入损耗是其主要性能指标。光无源器件有光纤连接器、光开关、光衰减器、光纤耦合器、波分复用器、光调制器、光滤波器、光隔离器、光环行器等。它们在光路中分别实现连接、能量衰减、反向隔离、分路或合路、信号调制、滤波等功能。

常用的光无源器件

光纤连接器

实现光纤之间活动连接的光无源器件，具有将光纤与其他无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。其采用机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准，保证90%以上的光能够通过，目前由代表性并且正在使用的光纤连接器主要由五种结构。

一是套管结构，由插针和套筒组成

二是双锥结构，利用锥面定位

三是V形槽结构，将两个插针放入V形槽基座中，再用盖板将插针压紧，利用对准原理使纤芯对准。

四是球面定心结构，由装有精密钢球的基座和装有圆锥面的插针组成。

五是透镜耦合结构，分为球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种。

光纤连接器的种类

Fc：螺纹连接，外部零件采用金属材料制作的连接器，是我国电信网采用的主要品种。

St：带键的卡口式锁紧结构，确保连接时准确对准。

对于fc、sc、st等不同的连接器，在对不同型号插头连接时，需要转换器进行连接。

光纤耦合器

将光信号进行分路或者合路、插入、分配的一种器件。

光有源器件

将电信号转换成光信号或者将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏，需要外加能源驱动工作。将电信号转换成光信号的器件称为光源，主要包括半导体光源、半导体光探测器、光纤激光器、光放大器、光波长转换器、光调制器、光开关、路由器。

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