光纤波导传输原理

光纤波导传输原理 《光纤通信》 姓名:王晶 学号:B09010433 学院:光电系 专业:光电信息工程 西安工业大学北方信息工程学院 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中，不需要将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。 1、光纤传输材料 : 综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的LED，传输率为100M/bps，有效范围约2Km.其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从面逸出。只有那些初始入射角偏小的光线才有折射发生，并且在很短距离内就被外层物质吸收干净。 目前生产的光纤，无论是玻璃介质还是塑料介质，都可传输全部可见光和部分红外光谱。用光纤做的光缆有多种结构形式。短距离用的光缆主要有两种，一种层结构光缆是在中心加钢丝或尼龙丝，外束有若干根光纤，外面在加一层塑料护套;另一种是高密度光缆，它有多层丝带叠合而成，每一层丝带上平行敷设了一排光纤。 用光纤做的光缆有多种结构形式。短距离用的光缆主要有两种，一种层结构光缆是在中心加钢丝或尼龙丝，外束有若干根光纤，外面在加一层塑料护套;另一种是高密度光缆，它有多层丝带叠合而成，每一层丝带上平行敷设了一排光纤。 2、光纤传输过程: 由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光媒体传播，在 另一端则有PIN或APD光电二极管作为检波器接收信号。对光载波的调制为移 幅键控法，又称亮度调制(IntensityModulation)。典型的做法是在给定的频率下，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。发光二极管LED和注入型激光二极管ILD的信号都可以用这种调制，PIN和ILD检波器直接响应亮度调制。 功率放大??将光放大器置于光发送端之前，以提高入纤的光功率。使整个 线路系统的光功率得到提高。在线中继放大??建筑群较大或楼间距离较远时，可起中继放大作用，提高光功率。前置放大??在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。 3、光纤传输特性: 光缆不易分支，因为传输的是光信号，所以一般用于点到点的连接。光 的总线拓扑结构的实验性多点系统已经建成，但是价格还太贵。上，由 光纤功率损失小、衰减少，有较大的带宽潜力，因此，一般光纤能够支持的 接头数比双绞线或同轴电缆多得多。目前低价可靠的发送器为0.85um波长 发光二极管LED，能支持100Mbps的传输率和1.5,2KM范围内的局域网。 激光二极管的发送器成本较高，且不能满足百万小时寿命的要求。运行在0.85um波长的发光二极管检波器PIN也是低价的接收器。雪崩光二极管 的信号增益比PIN大，但要用20,50V的电源，而PIN检波器只需用5V电源。如果要达到更远距离和更高速率，则可用1.3um波长的系统，这种系统衰减很小，但要比0.85um波长系统贵源。另外,与之配套的光纤连接器也很重要，要求每个连接器的连接损耗低于25dB，易于安装，价格较低。光纤的芯子和孔径愈大，从发光二极管LED接收的光愈多，其性能就愈好。芯子直径为100um，包层直径为140um 的光纤，可提供相当好的性能。其接收的光能比62.5/125um光纤的多4dB，比50/125um光纤多8.5dB。运行在0.8um波长的光纤衰减为6dB/Km，运行在1.3um波长的光纤衰减为4dB/Km。0.8um的光纤频宽为150MHz/Km，1.3um的光纤频宽为500MHz/Km。 综合布线系统中，主干线使用光纤做为传输介质是十分合适的，而且是必要的。 目前采用一种光波波分复用技术WDM(WAVELENGTH DIVISION MULTI-PLEXING)，可以在一条线路上复用、发送、传输多个位，一般按一个字节八位并行传输，对每个位流使用不同的波长，所以它所需的支持电路可在低速率下运行。WDM的光纤链路适合于字节宽度的设备接口，是一种新的数据传输系统。 4、光纤传输的特点优势及传输原理 光缆传输的实现与发展形成了它的几个优点。相对于铜线每秒1.54MHZ的速率 光纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB。从带宽看，很大的优势是:光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息。在系统的一端是发射机，是信息到光纤线路的起始点。发射机接收到的已编码电子脉冲信息来自于铜线电缆，然后将信息处理并转换成等效的编码光脉冲。使用发光二极管或注入式激光器产生光脉冲，同时采用透镜，将光脉冲集中到光纤介质，使光脉冲沿线路在光纤介质中传输。由内部全反射原理可知，光脉冲很容易眼光纤线路运动，光纤内部全反射原理说明了当入射角超过临界值时，光就不能从玻璃中溢出;相反，光纤会反射回玻璃内。应用这一原理制作光纤的多芯电缆，使得与光脉冲形式沿光线路传输信息成为可能。光纤传输具有衰减小、频带宽、抗干扰性强、安全性能高、体积小、重量轻等优点，所以在长距离传输和特殊环境等方面具有无法比拟的优势。传输介质是决定传输损耗的重要因素，决定了传输信号所需中继的距离，光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点，光纤的频带可达到1(0GHz以上，一般图像的带宽只有8MHz，一个通道的图象用一芯光纤传输绰绰有余，在传输语音、控制信号或接点信号方面更为优势t光纤传输中的载波是光波，光波是频率极高的电磁波，远远比电波通讯中所使用的频率高，所以不受干扰。且光纤采用的玻璃材质，不 导电，不会因断路、雷击等原因产生火花，因此安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。 光纤传输系统主要由三部分组成:光源(又称光发送机)，传输介质、检测器(又称光接收机)。计算机网络之间的光纤传输中，光源和检测器的工作一般都是用光纤收发器完成的，光纤收发器简单的来说就是实现双绞线与光纤连接的设备，其作用是将双绞线所传输的信号转换成能够通过光纤传输的信号(光信号)。当然也是双向的，同样能将光纤传输的信号转换能够在双绞线中传输的信号，实现网络间的数据传输。在普通的视、音频、数据等传输过程中，光源和检测器的工作一般都是由光端机完成的，光端机就是将多 个E1信号变成光信号并传输的设备，所谓E1是一种中继线路数据传输标准，我国和欧洲的标准速率为2(048Mbps，光端机的主要作用就是实现电一光、光一电的转换。由其转换信号分为模拟式光端机和数字式光端机。因此，光纤传输系统按传输信号可分为数字传输系统和模拟传输系统。模拟传输系统是把光强进行模拟调制，将输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“O”脉冲信号，并以其作为传输信号，在接受端再还原成原来的信号。当然，随着光纤传输信号的不同所需要的设备有所不同。光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要因素。可按不同的方式进行分 类:按照传输模式来划分: 光线只沿光纤的内芯进行传输， 只传输主模我们称之为单模光纤 (Single—Mode)。有多个模式在光纤中传输，我们称这种光纤为多模光纤(Multi-Mode)。 按照纤芯直径来划分:缓变型多模光纤、缓变增强型多模光纤和缓变型单模光纤按照光纤芯的折射率分布来划分:阶跃型光纤(Step index fiber)，简称SIF;梯度型光纤(Graded index fiber)，简称GIF;环 形光纤(river fiber);W 型光纤。 光缆:点对点光纤传输系统之间的连接通过光缆。光缆含1根光纤(称单纤)，有2根光纤(称双纤)， 或者更多。