即当光以某一角度进入光纤芯层时，如果入射角大 于全反射临界角，则此时光参被封闭在芯层中传 输，而不会有能量的损失，这种现象叫全反射。
ncoresin(Øinc)=ncladdingsin(Øtrans)
光的基本知识
光的全反射
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 。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
Optical Network Products Innovator
光纤通信基础知识
易飞扬通信技术有限公司
光纤通信基础知识
光纤通信的优点
•传输容量大 •再生中继距离长 •不受电磁干扰，信息传输质量高 •抗腐蚀性强 •资源丰富 •重量轻 、体积小易于敷设
与其他传输方式比较
光纤
单波道微波系统
速率 中继距离 抗腐蚀性 抗电磁干扰
信息量及单位
• 二进制数字信号有0和1两个信号位，称为比特（bit）。这 就是数字信号常用的信息量单位b（或Kb、Mb、Gb等）。
• 信息量举例：
• 一位十进制数字 4b，
三分钟讲话 20Mb
• 一个汉字
16b，
三分钟音乐 100Mb
• 一页文字 一本书
20Kb， 5Mb，
一幅图片 5Mb 一场电影 200Gb
光导纤维
2.光纤的结构
纤芯 包层
保护套 （涂覆 层）
2.光纤的结构
• 纤芯 core：折射率较高，用来传送光；
• 包层 coating：折射率较低，与纤芯一起 形成全反射条件；
• 保护套 jacket：强度大，能承受较大冲 击，保护光纤。
• 3mm光缆 橘色 MM
•
黄色 SM
2.光纤的结构
• 光纤简单的说就是一种高度透明的玻璃丝，他是由二氧化 硅玻璃经复杂的工艺拉制而成，其全称为光导纤维。
• 光纤结构图
单模光纤： 芯层：直径8~10μm, 包层：直径125μm，涂层：外径250μm。 多模光纤： 芯层：直径50μm 或62.5μｍ，包层：直径125μm，涂层：外径250μm。
数值孔径
数值孔径
Acceptance / Emission Cone
NA = sin =
n2core - n2cladding
•1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。
光通讯网络
• 主要用途： 电话网络 数据通讯系统 有线电视的分类发送
光通讯网络
电话网络
• 长距离的通信网络，大于600km 的转发间距。总的连接长度可以 达到9000km。造价昂贵。主要 用在submarine, longhaul 。
• Access network (1 km - 20 km) local exchange, regional interexchange, FTTC, FTTH
如果是一束白光， 我们能看到彩带。 即红、橙、黄、绿 、青、蓝、紫。
棱镜对光的折射
光的基本知识
入
反射
射 θ1 θ3
θ2 折
射
n1 n2 n1<n2
空气 水
视觉位置
实际位置
光的基本知识
n1 n2
n1 > n2
临界角
n1 n2
入射角=反射角
θ1 θ2
n1
900
n2
临界角
全反射
光纤传输的基本原理
光的全反射
EDFA
OADM
λ2 λ2
EDFA
data1
DeMUX
data2 data3
data4 O/E Receiver
光通讯网络
光纤通讯网络
电磁波谱
1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm λ波長
10G 100G 1T 10T 100T 10^15 10^16 10^17
光通信发展简史
2000多年前 烽火台——灯光、旗语 1880年 光电话——无线光通信 1970年 光纤通信
光通信发展简史
•1966年“光纤之父”高锟博士首次提出 光纤通信的想法。
•1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连 续工作的半导体激光器。
•1970年康宁公司的卡普隆(Kapron) 之作 出损耗为20dB/km光纤。
f (Hz)
红外线
1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm
紫外线
光通信使用范围
光的基本知识
光是一种电磁波 可见光350nm—750nm
光纤通信所用的波长 800——1600nm
光的反射、折射 全反射
光的基本知识
光的反射
反射定律：入射光线和反 射光线在同一平面内，分 居在法线的两侧，且有反 射角等于入射角。
入射光线
法线
n1 θ θ
分界面
n2
反射光线
光的基本知识
光的折射
当光线由一种介质进入
入射光线 法线
另一种介质时，光线在 两个介质的分界面上除 了被反射外，还有折射
α n1
光线。如右图所示。
n2 折射定律：入射光线和折射光线分
居在法线的两侧，且有
β
n1 sin n2 sin
折射光线
光的基本知识
实验表明，同一 种介质对不同波 长的光折射率是 不同的，这种现 象称为色散。
光通讯网络
其他网络 • 数据通信 (1 m - 500 m)
主要用在LAN, FDDI, GigabitEthernet, Fiber Channel
• 有线电视网(城市间的分类发送)
光通讯网络
光纤通讯系统
010011
010011
data1
λ1
data2
λ2
MUX
data3
λ3
data4
λ4
E/O Transmitter
10Gbit/s 100~200km
强 强
280Mbit/s 50km 、 弱
传输容量
大
一般
资源
丰富
、
同轴电缆 560Mbit/s
几公里 差 一般 一般 少
通信信息容量大
• 无线电波频率：300KHz • 微波频率：100GHz • 真空光速：Cc=33*10180m8 m/s/ s • 光纤中所用波长为1310nm、1550nm。 • 光波频率：f=V/λ≈1014Hz • 可通电话路数：N=f/ρf=2.5*1010路（250亿） • 可通电视路数：N=f/ρf=1.4*107路（1600万）
常用光纤名词
输入 NA
输入 NA
低数值孔径NA 高数值孔径NA
输出 输出
常用光纤名词
• 色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行进一 段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速 率的主要因素。
– 模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式 的光沿着不同的路径传输。
– 材料色散：不同波长的光行进速度不同。 – 波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中