天翼大課堂之——光纖通信原理動(dòng)態(tài)圖

    1 電磁波譜

    振蕩的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，Gamma射線(xiàn)、X光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光、微波、無(wú)線(xiàn)電波和長(zhǎng)波無(wú)線(xiàn)電，這些都是電磁波。

    光纖通信工作波長(zhǎng)在于近紅外區(qū)。

    光纖通信工作波長(zhǎng)在于近紅外區(qū)，波段有： 

    O波段：1260nm到1310nm

    E波段：1360nm到1460nm

    S波段：1460nm到1530nm

    C波段：1535nm到1565nm

    L波段：1565nm到1625nm

    U波段：1640nm到1675nm

    單模光纖通常工作在1310nm、1550nm和1625nm。

    2 光纖結(jié)構(gòu)與光在光纖中的傳送

    光纖裸纖一般分為三層：

    1)纖芯（core）：折射率較高，用來(lái)傳送光；

    2)包層（cladding）：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；

    3)保護(hù)層：保護(hù)光纖。

    n = Index of refraction（折射率），光在真空中的傳播速度與光在該介質(zhì)中的傳播速度之比率。

    n1=纖芯折射率；n2=包層折射率，n1>n2，形成形成全反射條件。

    3 單模與多模

    外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)

    內(nèi)徑：?jiǎn)文?um  多模50/62.5um

 

    4 數(shù)值孔徑（Numerical Aperture）

    入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。

    這個(gè)角度α的正弦值就稱(chēng)為光纖的數(shù)值孔徑（NA = sinα），不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同。

    從物理上看，光纖的數(shù)值孔徑表示光纖接收入射光的能力。NA越大，則光纖接收光的能力也越強(qiáng)。從增加進(jìn)入光纖的光功率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，NA越大越好，因?yàn)楣饫w的數(shù)值孔徑大些對(duì)于光纖的對(duì)接是有利的。但是NA太大時(shí)，光纖的模畸變加大，會(huì)影響光纖的帶寬。

    5 光的散射

    光的散射是指光通過(guò)不均勻介質(zhì)時(shí)一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。此時(shí)引起的光能量損失，光的傳輸不再具有很好的方向性。

    二進(jìn)位的 0, 1 在發(fā)送端是明確的分離脈沖

    脈沖在接收端變?yōu)檠由旌妥冃危�并重疊在一起, 使不能正確解碼。

  

    6 瑞利散射（Rayleigh Scattering ）

    光纖中的瑞利散射：是一種基本損耗機(jī)制，是由于在制造過(guò)程中光纖密度的隨機(jī)漲落引起折射率的局部起伏，使得光向各個(gè)方向散射。

    7 背向散射（Backscatter）

    光纖中的光功率絕大部分為前向傳播,但有很少部分朝發(fā)光器背向散射。

    OTDR正是利用背向散射來(lái)測(cè)光纜線(xiàn)路的損耗，長(zhǎng)度等。

    光在光纖中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅爾反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光這一特點(diǎn)，采集光脈沖的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。

    8 菲涅爾反射（Fresnel Reflection）

    當(dāng)光入射到折射率不同的兩個(gè)媒質(zhì)分界面時(shí)，一部分光會(huì)被反射，這種現(xiàn)象稱(chēng)為菲涅爾反射。如果光在光纖中的傳輸路徑為光纖—空氣—光纖，由于光纖和空氣的折射率不一樣，將產(chǎn)生菲涅爾反射。

    9 色散（Chromatic dispersion）

 

    光纖中由光源光譜成分中不同波長(zhǎng)的不同群速度所引起的光脈沖展寬的現(xiàn)象。

 

    材料色散

    光纖材料石英玻璃的折射率對(duì)不同的傳輸光波長(zhǎng)有不同的值，許多不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡以后可分成七種不同顏色就是一個(gè)證明。由于上述原因，材料折射率隨光波長(zhǎng)而變化從而引起脈沖展寬的現(xiàn)象稱(chēng)為材料色散。

    波導(dǎo)色散

    由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時(shí)，就可能有一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)。這部分光在包層內(nèi)傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進(jìn)入包層內(nèi)的這部分光強(qiáng)的大小與光波長(zhǎng)有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長(zhǎng)度隨光波波長(zhǎng)的不同而異。

    把有一定波譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖后，由于不同波長(zhǎng)的光傳輸路徑不完全相同，所以到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同，從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來(lái)說(shuō)，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，進(jìn)入包層中的光強(qiáng)比例就越大，這部分光走過(guò)的距離就越長(zhǎng)。這種色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的，由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散。

    光纖的折射率分布

    10 模場(chǎng)直徑（Mode Field Diameter）

    大部分光集中在纖芯，部分進(jìn)入包層，這一更寬的分布稱(chēng)為模場(chǎng)直徑。

    單模光纖中的基模場(chǎng)并沒(méi)有完全集中在纖芯中，有一部分的能量存在于包層中。所以不能像多模光纖那樣用纖芯直徑表示橫截面上的傳光范圍，只能用模場(chǎng)直徑來(lái)表示。模場(chǎng)直徑是衡量單模光纖橫截面上基模場(chǎng)分布的一個(gè)物理量。

    模場(chǎng)直徑用來(lái)表征在單模光纖的纖芯區(qū)域基模光的分布狀態(tài)�；�模在纖芯區(qū)域軸心線(xiàn)處光強(qiáng)最大，并隨著偏離軸心線(xiàn)的距離增大而逐漸減弱。 一般將模場(chǎng)直徑定義為光強(qiáng)降低到軸心線(xiàn)處最大光強(qiáng)的1/(e^2)的各點(diǎn)中兩點(diǎn)最大距離。 

    11 光纖衰減（Optical Attenuation）

    光纖中光功率沿縱軸逐漸減小。光功率減小與波長(zhǎng)有關(guān)。光纖鏈路中，光功率減小主要原因是散射、吸收，以及連接器和熔接接頭造成的光功率損耗。衰減的單位為dB。

    產(chǎn)生原因：使光纖產(chǎn)生衰減的原因很多，主要有：吸收衰減，包括雜質(zhì)吸收和本征吸收；散射衰減，包括線(xiàn)性散射、非線(xiàn)性散射和結(jié)構(gòu)不完整散射等；其它衰減，包括微彎曲衰減等。其中最主要的是雜質(zhì)吸收引起衰減。

    光纖衰減系數(shù)（fiber attenuation coefficient）：每公里光纖對(duì)光信號(hào)功率的衰減值。單位：dB/km。

    光纖彎曲損耗

    光纖對(duì)彎曲非常敏感，過(guò)度彎曲 = 光溢出。如果彎曲半徑 <20x 外徑，則大部分光都會(huì)從涂層溢出。單模光纜比多模光纜對(duì)彎曲損耗更敏感。

    兩種彎曲都會(huì)發(fā)生光損耗：Macrobend（宏彎） 和Microbend（微彎）。

    Macrobend

    當(dāng)Macrobend彎曲被糾正，可以得到恢復(fù)。

    Microbend

    Microbend無(wú)法恢復(fù)，比如由線(xiàn)纜捆扎過(guò)緊造成。

    12 光纖的熔接

    13 光纖連接器

    光纖適配器

    PC/UPC/APC光纖截面

    光纖接頭的截面應(yīng)該分為PC、UPC、APC。

    PC和UPC為光纖微球型端面是與陶瓷體的端面是平行的，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的回波損耗分別為-35dB和-50dB。

    APC截面8度傾斜角，為了減少反射，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的回波損耗為-60dB。

    14 耦合器（Coupler）

    光纖耦合器（Coupler）又稱(chēng)分路器（Splitter），是將光信號(hào)從一條光纖中分至多條光纖中的元件。

    耦合器是雙向無(wú)源器件，基本形式有樹(shù)型、星型。