课程3 光传输技术.doc

课程2：光传输技术 课程内容： 一、光传输基本知识 光传输系统组成 同步、异步、准同步的概念 二、准同步数字传输体系（PDH） PDH的基本概念 PDH的速率等级 PDH的复用结构 三、同步数字传输体系（SDH） 1、SDH的产生和发展 2、SDH原理简述 3、SDH的结构 4、SDH复用原理 四、GW 光传输产品简介 光通信概述 通信概述 光纤即光导纤维的简称。光纤通信是以光信号为载体，光导纤维为传输介质的一种通信方式。由于光纤通信具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、不受电磁干扰等一系列优点，光纤通信技术近年来得到飞速发展。 光纤通信的三个低损耗窗口 光波是人类最熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz~1015Hz。目前光纤通信使用的波长范围在近红外区，即波长为0.8μm~1.8μm。 目前光纤通信所采用的三个实用的波长为0.8μm，1.31μm和1.55μm，而0.8μm，1.31μm和1.55μm左右则是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。0.8μm（短波长）窗口是最早发现的，因为首先研制成功的半导体激光器（GaAlAs）的发射波长刚好在这一区域。随着对光纤损耗机理的深入研究，人们发现在长波长1.31μm和1.55μm处光纤的传输损耗更小。因此，长波长光纤通信受到重视并得到非常迅速的发展。 光纤的结构 目前通信用的光纤，是用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤。如图1-3所示，裸光纤由纤芯和包层组成，折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n1，直径为2a；折射率低的中心部分叫做包层，其折射率为n2，直径为2b。根据在光纤中传输的光信号的波长和模式的不同，a与b具有不同的值。 图1-3 裸光纤剖面结构示意图 由于石英玻璃质地脆、易断裂，为了保护光纤表面，提高抗拉强度以及便于使用，一般需在裸光纤外面进行两次涂覆而构成光纤芯线。如图1-4所示，光纤芯线是由纤芯、包层、涂覆层及套塑四部分组成。包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层，涂覆材料为硅酮树脂或聚氨基甲酸乙脂，涂覆层的外面套塑（或称二次涂覆），大都采用尼龙或聚乙烯等塑料。 图1-4 光纤芯线的剖面结构示意图 光纤的分类 光纤可以根据构成光纤的材料成分、制造方法、传输模数、横截面上的折射率分布以及工作波长进行分类。对目前通信上所采用的石英系光纤，常从以下两方面来分类： 1． 按照折射率分布不同进行分类 （1） 均匀光纤，光纤纤芯的折射率n1和包层的折射率n2都为常数，且n1n2，在纤芯和包层的交界处折射率呈阶梯形变化，这种光纤称为均匀光纤。 （2） 非均匀光纤，光纤纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一定规律减小，到纤芯与包层交界处为包层的折射率n2，这种光纤称为非均匀光纤。 2． 按照传输模式数量进行分类 所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式，模式不同，其电磁场的分布形式也不同。根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。 （1） 单模光纤（SM），单模光纤的纤芯直径很小，约为4μm~10μm，理论上只传输一种模式。由于单模光纤只传输主模，从而完全避免了模式色散，使得这种光纤的传输频带很宽，传输容量很大，适用于大容量、长距离的光纤通信。 （2） 多模光纤（MM），在一定的工作波长下，当有多个模式在光纤中传输时，则这种光纤称为多模光纤。多模光纤的纤芯直径一般为50μm~75μm，包层直径为100μm~200μm。这种光纤的传输性能较差，带宽比较窄，传输容量也比较小。 由于单模光纤具有带宽大、易于升级扩容和成本低的优点，国际上已一致认为同步光缆数字传输系统只使用单模光纤作为传输媒质。在3个光传输窗口中，850nm窗口只用于多模传输，1310nm和1550nm两个窗口用于单模传输。 光信号在光纤中的传输距离要受到色散和损耗双重影响。色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引起码间干扰从而降低信号质量；当码间干扰使传输性能劣化到一定程度时，传输系统将不能工作。损耗使在光纤中传输的光信号强度随着传输距离的增加而逐渐下降，当光功率下降到一定程度时，传输系统也无法正常工作。 为了延长系统的传输距离，人们主要在减小色散和损耗两方面入手。1310nm光传输窗口称为零色散窗口，光信号在此窗口的传输色散最小，1550nm窗口称为最小损耗窗口，光信号在此窗口的传输衰减最小。 ITU-T规定了三种常用光纤规范：G.652，G.653和G.654。 G.652光纤又称标准光纤，其零色散波长在1310nm，在波长为1550nm处衰减最小，所以G.652光纤可以工作于1310nm和1550nm两个窗口。 G.653光纤又称色散位移单模光纤。它通过改变光纤内部的折射率分布将零色散点从1310nm处位移至1550nm处，成功实现了在1550nm处的低衰减和