【正文】 4μm～ 10μm范圍，這時(shí)，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。如圖 24所示。 一種稱為階躍折射率光纖；另一種稱為漸變折射率光纖，如圖 23 （ a）、（ b）所示。而摻雜劑（如 B2O3）的作用則是適當(dāng)降低包層對光的折射率（n2），使之略低于纖芯的折射率，即 n1＞ n2，它使得光信號(hào)封閉在纖芯中傳輸。 直徑 d1=4μm～ 50μm，單模光纖的纖芯為 4μm～ 10μm，多模光纖的纖芯為 50μm。? 掌握光纖的特性。? 光纜的種類。? 光纖的特性。 （ 6）應(yīng)用于專網(wǎng)。 （ 4）作為危險(xiǎn)環(huán)境下的通信線。11 光纖通信系統(tǒng)的分類 1．按傳輸信號(hào)分類 （ 1）數(shù)字光纖通信系統(tǒng) （ 2）模擬光纖通信系統(tǒng) 2．按波長和光纖類型分類 （ 1）第一代（ 19731976）：短波長（ ）多模光纖通信系統(tǒng) （ 2）第二代（ 19761982 ）：長波長（ ）多模光纖通信系統(tǒng) （ 3）第三代（ 19871990 ）：長波長（ ）單模光纖通信系統(tǒng) （ 4）第四代（ 1990—） ：長波長（ ）單模光纖通信系統(tǒng)12 光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用 光纖通信的特點(diǎn) （ 1）通信容量大 （ 2）中繼距離長 （ 3）保密性能好 （ 4）適應(yīng)能力強(qiáng) （ 5）體積小、重量輕、便于施工和維護(hù) （ 6）原材料來源豐富，潛在價(jià)格低廉 （ 7）光纖通信同樣也存在著如下缺點(diǎn)： ① 需要光 /電和電 /光變換部分； ② 光直接放大難； ③ 電力傳輸困難； ④ 彎曲半徑不宜太??； ⑤ 需要高級(jí)的切斷接續(xù)技術(shù)； ⑥ 分路耦合不方便。光源器件一般是 LED和 LD。（埃）＝ 10?10m9 光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類 光纖通信系統(tǒng)的基本組成 所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。 電磁波波譜圖如圖 11所示。在智能光網(wǎng)絡(luò)（ ION）、光分插復(fù)用器（ OADM）、光交叉連接設(shè)備（ OXC）等方面也取得巨大進(jìn)展。 3．光纖通信爆炸性的發(fā)展 （ 1）光纖損耗 1970年： 20dB/km； 1972年： 4dB/km； 1974年： ； 1976年： ； 1979年： ； 1990年： 。? 了解光纖通信的產(chǎn)生及發(fā)展。本章重點(diǎn)? 光纖通信系統(tǒng)的基本組成。? 光纖通信的光波波譜。? 光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類。? 光纖通信的特點(diǎn)。? 掌握光纖通信的組成及特點(diǎn)。5 （ 2）光器件 光發(fā)送器件： 砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器 → 異質(zhì)結(jié)條形激光器 →分布反饋式激光器（ DFBLD）和多量子阱（ MQW）激光器。6 光纖通信的光波波譜光纖通信的光波波譜 1． 光波波譜 光波是電磁波，光波范圍包括紅外線、可見光、紫外線，其波長范圍為： 300μm～ 610?3μm。7圖 11 電磁波波譜圖8 2．光纖通信的光波波譜 光纖通信的波譜在 1014Hz～ 1014Hz之間，即波長在 ～ ，屬于紅外波段，將 ～ 波長， ～ ， 。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如圖 12所示。 光纖：完成光波的傳輸。13 光纖通信的應(yīng)用 （ 1）光纖在公用電信網(wǎng)間作為傳輸線。諸如發(fā)電廠、化工廠、石油庫等場所。光纖通信主要應(yīng)用于電力、公路、鐵路、礦山等通信專網(wǎng)。? 光纜的結(jié)構(gòu)和種類。本章的難點(diǎn)? 光纖的導(dǎo)光原理。? 掌握光纜的結(jié)構(gòu)和種類。 纖芯的成分是高純度 SiO2，摻有極少量的摻雜劑（如 GeO2，P2O5），作用是提高纖芯對光的折射率（ n1），以傳輸光信號(hào)。21 緊套光纖與松套光纖 緊套光纖就是在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內(nèi)不能自由活動(dòng)。圖 23 光纖的折射率分布23 光在階躍折射率光纖和漸變折射率光纖的傳播軌跡分別如圖 25和圖 26所示。這些不同的光束稱為模式。如圖 27所示。 29 3．單模光纖的分類 ITUT建議規(guī)范了 、 、 。 30圖 28 （ 2） （ DSF），是指色散零點(diǎn)在 1 550nm附近的光纖，它相對于 ，色散零點(diǎn)發(fā)生了移動(dòng)，所以叫色散位移光纖。 （ 4） 由于 1 550nm附近， DWDM系統(tǒng)在零色散波長處工作易引起四波混頻效應(yīng)。 另： 1 550nm窗口的色散性能而設(shè)計(jì)的，但它也可以用于 1 310nm窗口的傳輸。 在折射率為 n的介質(zhì)中，光傳播速度變?yōu)?c/n，光波長變?yōu)??0/n（ ?0表示光在真空中的波長）。35 3．光的色散 如圖 211所示，當(dāng)日光通過棱鏡或水霧時(shí)會(huì)呈現(xiàn)按紅橙黃綠青藍(lán)紫順序排列的彩色光譜。 ITUT規(guī)定，多模光纖的芯直徑為 50177。 目前，光纖生產(chǎn)制造商已將光纖外徑規(guī)格從 177。 目前光纖制造商已將纖芯 /包層同心度從 ≤≤。翹曲度（即曲率半徑）數(shù)值越大，意味著光纖越直。 多模光纖的折射率分布，決定光纖帶寬和連接損耗，單模光纖的折射率分布，決定工作波長的選擇。 ? 有效面積與模場直徑的物理意義相同，通過模場直徑可以利用圓面積公式計(jì)算出有效面積。 圖 212所示為模場直徑示意圖。 光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。 光纖制造中，結(jié)構(gòu)上的缺陷會(huì)引起與波長無關(guān)的散射損耗。45 （ 4）衰減系數(shù) 光纖的衰減系數(shù)是指光在單位長度光纖中傳輸時(shí)的衰耗量，單位一般用 dB/km。46圖 213 光纖的特性47 2．光纖的色散特性 光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散，如圖 214所示。 （ 2）色度色散 由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生色散稱為色度色散。其大小可以和材料色散相比擬，普通單模光纖在 。50 （ 4）碼間干擾（ ISI） 色散將導(dǎo)致碼間干擾。 2．按光纖的種類分 可分為多模光纜、單模光纜。 6．按敷設(shè)方式分 光纜可分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜。 10．目前通信用光纜可分為 （ 1）室 (野 )外光纜 ——用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷設(shè)的光纜。 （ 5）海底光纜 ——用于跨海洋敷設(shè)的光纜。護(hù)層可分為內(nèi)護(hù)層（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外護(hù)層（多用鋁帶和聚乙烯組成的 LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等）。 圖 218～圖 219所示是目前在市話中繼和長途線路上采用的幾種層絞式結(jié)構(gòu)光纜的示意圖（截面）。圖 225所示是采用骨架式結(jié)構(gòu)的自承式架空光纜。 65圖 226 12芯束管式光纜66 圖 227 6～ 48芯束管式光纜67 圖 228 LEX束管式光纜68 （ 4）帶狀結(jié)構(gòu)光纜 把帶狀光纖單元放入大套管中，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可把帶狀光纖單元放入凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。圖 231 單芯軟光纜70 （ 6）特殊結(jié)構(gòu)光纜 特殊結(jié)構(gòu)的光纜，主要有光 /電力組合纜、光 /架空地線組合纜和海底光纜和無金屬光纜。71 圖 232 淺海光纜72 圖 233 深海光纜73 光纜型號(hào)的命名方法光纜型號(hào)的命名方法 光纜型號(hào)由它的型式代號(hào)和規(guī)格代號(hào)構(gòu)成，中間用一短橫線分開。75 Ⅲ ：派生特征代號(hào)及其意義為： D——光纖帶狀結(jié)構(gòu)； G——骨架槽結(jié)構(gòu)； B——扁平式結(jié)構(gòu)； Z——自承式結(jié)構(gòu)。 表 22 外 護(hù)層 代號(hào)及其意 義代 號(hào) 鎧 裝 層 （方式） 代 號(hào) 外 護(hù)層 （材料）0 無 0 無1 —— 1 纖維層2 雙 鋼帶 2 聚 氯 乙 烯 套3 細(xì)圓鋼絲 3 聚乙 烯 套4 粗 圓鋼絲 — —5 單鋼帶皺紋縱 包 — —77 （ 2）光纜規(guī)格由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如圖 235所示。 Ⅲ ： 光纖主要尺寸參數(shù) 用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以 μm為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。 bb——表示損耗常數(shù)的代號(hào)。km）的千位和百位數(shù)字。其符合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。 該光纜的型號(hào)應(yīng)表示為： GYGZL0312T50/125（ 21008） C+54。本章重點(diǎn)? 激光器的工作原理。85學(xué)習(xí)本章目的和要求學(xué)習(xí)本章目的和要求? 了解半導(dǎo)體激光器的物理基礎(chǔ)。? 掌握無源光器件的功能及主要性能。 發(fā)光二極管（ LED）：適用于短距離、低碼速的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。圖 31 能級(jí)和電子躍遷88 ① 在正常狀態(tài)下，電子通常處于低能級(jí)（即基態(tài)） E1，在入射光的作用下，電子吸收光子的能量后躍遷到高能級(jí)（即激發(fā)態(tài)） E2，產(chǎn)生光電流，這種躍遷稱為受激吸收 ——光電檢測器。 注：受激輻射光為相干光，自發(fā)輻射光是非相干光。 要想物質(zhì)產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射大于受激吸收，即使 N2 ＞ N1 （高能級(jí)上的電子數(shù)多于低能級(jí)上的電子數(shù)），這種粒子數(shù)的反常態(tài)分布稱為粒子（電子）數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 （ 4）光學(xué)諧振腔 將激活后的物質(zhì)放入光學(xué)諧振腔，來獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。對于兩個(gè)反射鏡，要求其中一個(gè)能全反射，另一個(gè)為部分反射。 ④ 壽命長，工作穩(wěn)定。閾值電流越小越好。圖 34 GaAlAsGaAs激光器的光譜95 隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，縱模模數(shù)逐漸減少，譜線寬度變窄。如圖 35（ b）所示。圖 36 激光器閾值電流隨溫度變化的曲線98 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 1． LED的工作原理 發(fā)光二極管（ LED）是非相干光源，是無閾值器件，它的基本工作原理是自發(fā)輻射。99 2． LED的結(jié)構(gòu) LED也多采用雙異質(zhì)結(jié)芯片，不同的是 LED沒有解理面，即沒有光學(xué)諧振腔。圖 38是 InGaAsP LED的輸出光譜。 （ 4）耦合效率 由于 LED發(fā)射出的光束的發(fā)散角較大，因此與光纖的耦合效率較低。 比較： LED與 LD相比， LED輸出光功率較小，譜線寬度較寬，調(diào)制頻率較低。 分布式反饋半導(dǎo)體激光器（ DFBLD）主要用于 纖超大容量的新型光纖系統(tǒng)，是目前光纖通信發(fā)展的主要趨勢。105 PIN光電二極管光電二極管 PIN光電二極管是在摻雜濃度很高的 P型、 N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的 N型材料，稱為 I（ Intrinsic，本征的）層。圖 310 PIN光電二極管106 雪崩光電二極管雪崩光電二極管 雪崩光電二極管，又稱 APD（ Avalanche Photo Diode）。107 2． APD的結(jié)構(gòu) 目前 APD結(jié)構(gòu)型式，有保護(hù)環(huán)型和拉通（又稱通達(dá)）型。圖 311（ b）所示的是將縱向剖面順時(shí)針轉(zhuǎn) 90176。 108圖 311 RAPD的結(jié)構(gòu)圖和能帶示意圖109 光電檢測器的特性光電檢測器的特性 PIN管特性包括響應(yīng)度、響應(yīng)時(shí)間和暗電流。 110 （ 2）響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)速度是指半導(dǎo)體光電二極管產(chǎn)生的光電流跟隨入射光信號(hào)變化快慢的狀態(tài)。但是實(shí)際上由于熱激勵(lì)等，在無光情況下，光電檢測器仍有電流輸出，這種電流稱為暗電流。111 無源光器件無源光器件 無源光器件是除光源器件、光檢波器件之外不需要電源的光通路部件。112 光纖連接器光纖連接器 光纖連接器，俗稱活接頭， ITUT建議將其定義為 “用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無源組件 ”。如圖 313所示。 ② 回波損耗（或稱反射損耗、回?fù)p、回程損耗），是衡量從連接器反射回來并沿輸入通道返回的輸入功率分量的一個(gè)度量值，該值越大越好。 ⑤ 插拔壽命（最大可插拔次數(shù)），光纖連接器的插拔壽命一般由元件的機(jī)械磨損情況決定。是 FC型的改進(jìn)型。其結(jié)構(gòu)尺寸與 FC型相同，端面處理采用拱型凸面或PC研磨方式。由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制。116 光衰減器光衰減器 光衰減器是用來穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地減小信號(hào)光功率的無源光器