【正文】 纖 （ 3）若按套塑結(jié)構(gòu)分類可分為緊套光纖和松套光纖25 1．按傳輸模數(shù)分類 按傳輸模的數(shù)量不同，光纖分為多模光纖和單模光纖。圖 24 光在階躍折射率光纖中的傳播26 a）多模光纖 當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑 d1）遠大于光波波長時（約1μm），光纖傳輸?shù)倪^程中會存在著幾十種乃至幾百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。27圖 27 光在單模光纖中的傳播軌跡28 （ 2）．按傳輸波長分類 光纖可分為短波長光纖和長波長光纖。 （ 1） ，也稱標準單模光纖（ SMF），是指色散零點（即色散為零的波長）在 1 310nm附近的光纖。31（ 3） 。為了避免該效應(yīng)，將色散零點的位置從 1 550nm附近移開一定波長數(shù)，使色散零點不在 1 550nm附近的DWDM工作波長范圍內(nèi)。由于 1 310nm，所以 光纖不能用于 1 310nm窗口。表 21中給出了一些介質(zhì)的折射率。這是由于棱鏡材料（玻璃）或水對不同波長（對應(yīng)于不同的顏色）的光呈現(xiàn)的折射率 n不同，從而使光的傳播速度不同和折射角度不同，最終使不同顏色的光在空間上散開。3μm。3μm提高到 177。 ? 不圓度包括芯徑的不圓度和包層的不圓度。 注：纖芯 /包層同心度對接續(xù)損耗的影響最大，其次是翹曲度。39 2．?dāng)?shù)值孔徑（ NA） 最大數(shù)值孔徑的定義為： 其中， n1為階躍光纖均勻纖芯的折射率（梯度光纖為纖芯中心的最大折射率）， n2為均勻包層的折射率。 模場直徑越小，通過光纖橫截面的能量密度就越大。41圖 212 模場直徑42 4．截止波長 理論上的截止波長是單模光纖中光信號能以單模方式傳播的最小波長。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗 3種損耗。 （ 3）彎曲損耗 光纖的彎曲會引起輻射損耗。它是描述光纖損耗的主要參數(shù)。色散一般用時延差來表示，所謂時延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時間之差。色度色散包括材料色散和波導(dǎo)色散。 在多模光纖中，模式色散與材料色散的影響是主要； 單模光纖無模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散； 當(dāng)波長在 ，色散接近為零。由于各波長成分到達的時間先后不一致，因而使得光脈沖加長了（ T+ΔT），這叫作脈沖展寬，如圖 215 。 3．按光纖套塑方法分 可分為緊套光纜、松套光纜、束管式光纜和帶狀多芯單元光纜。 7．按護層材料性質(zhì)分 光纜可分為聚乙烯護層普通光纜、聚氯乙烯護層阻燃光纜和尼龍防蟻防鼠光纜。 （ 2）軟光纜 ——具有優(yōu)良的曲撓性能的可移動光纜。 54 光纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)光纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 光纜的結(jié)構(gòu) 1．光纜的結(jié)構(gòu) 光纜由纜芯、護層和加強芯組成。 （ 3）加強芯 加強芯主要承受敷設(shè)安裝時所加的外力。56 圖 219 12芯松套層絞式直埋光纜圖 218 6芯緊套層絞式光纜57 圖 220 12芯松套層絞式直埋防蟻光纜58 圖 221 6～ 48芯松套層絞式水底光纜59圖 222 12芯松套 +8芯 2線對層絞式直埋光纜60 （ 2）骨架式結(jié)構(gòu)光纜 骨架式結(jié)構(gòu)光纜是把緊套光纖或一次涂覆光纖放入加強芯周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。61圖 223 12芯骨架式光纜62 圖 224 70芯骨架式光纜63 圖 225 骨架式自承式架空光纜64 （ 3）束管式結(jié)構(gòu)光纜 把一次涂覆光纖或光纖束放入大套管中，加強芯配置在套管周圍而構(gòu)成。如圖 22 230所示。這里只介紹后兩種。 （ 1）光纜型式由五個部分組成，如圖 234所示。 T——填充式結(jié)構(gòu)。圖 235 光纜的規(guī)格組成部分78 圖中： Ⅰ ： 光纖數(shù)目用 ……，表示光纜內(nèi)光纖的實際數(shù)目。79 Ⅳ ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由 a、 bb及 cc三組數(shù)字代號構(gòu)成。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（ dB/km）的個位和十位數(shù)字。單模光纖無此項。圖 236 光纜中附加金屬導(dǎo)線編號示意圖 例如， 2個線徑為 21；； 4個線徑為 44； 4個內(nèi)導(dǎo)體直徑為 ，外徑為 ，可寫成 4。83第第 3章章 通信用光器件通信用光器件 84本章內(nèi)容、重點和難點本章內(nèi)容、重點和難點本章內(nèi)容? 光源：半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管。? 光源和光電檢測器工作原理及其工作特性。? 掌握半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管工作原理及其工作特性。86 光源光源 光源器件：光纖通信設(shè)備的核心，其作用是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號送入光纖。其制造工藝簡單、成本低、可靠性好。 ② 處于高能級 E2 上的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會自發(fā)地躍遷到低能級 E1 上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射 ——發(fā)光二極管。89 （ 2）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光的放大 受激輻射是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大而發(fā)光的首要條件。 因此， 激活物質(zhì)和光學(xué)諧振腔是產(chǎn)生激光振蕩的必要條件。92 對半導(dǎo)體激光器的要求對半導(dǎo)體激光器的要求對半導(dǎo)體激光器 LD的要求是： ① 輸出光功率高、線性度好 ② 與光纖耦合效率高。目前 LD的尾纖輸出功率可達 500μW～ 2mW； LED的尾纖輸出功率可達 10μW左右。圖 33 典型半 導(dǎo) 體激光器的 輸 出特性曲 線 94 （ 2）光譜特性 LD的光譜隨著激勵電流的變化而變化。當(dāng)驅(qū)動電流足夠大時，多縱模變?yōu)閱慰v模，這種激光器稱為靜態(tài)單縱模激光器。 一般，用 FP諧振腔可以得到的是直流驅(qū)動的靜態(tài)單縱模激光器，要得到高速數(shù)字調(diào)制的動態(tài)單縱模激光器，必須改變激光器的結(jié)構(gòu)，例如分布反饋半導(dǎo)體激光器（ DFBLD）。 發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器差別是：發(fā)光二極管沒有光學(xué)諧振腔，不能形成激光。由于不是激光振蕩，所以沒有閾值。 圖 38 InGaAsP LED的 發(fā) 光光 譜 101 （ 2）輸出光功率特性 兩種類型的 LED輸出光功率特性如圖 39所示。一般只適于短距離傳輸。但 LED性能穩(wěn)定，壽命長，使用簡單，輸出光功率線性范圍寬，而且制造工藝簡單，價格低廉。104 光電檢測器光電檢測器 光電檢測器完成光 /電信號的轉(zhuǎn)換。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴散后形成一個很寬的耗盡層，如圖 310（ a）所示。它不但具有光 /電轉(zhuǎn)換作用，而且具有內(nèi)部放大作用，其放大作用是靠管子內(nèi)部的雪崩倍增效應(yīng)完成的。 保護環(huán)型在制作時淀積一層環(huán)形 N型材料，以防止在高反壓時使 PN結(jié)邊緣產(chǎn)生雪崩擊穿。的示意圖。 APD管除有上述特性外，還有雪崩倍增特性、溫度特性等。一般用響應(yīng)時間（上升時間和下降時間）來表示。 嚴格地說，暗電流還應(yīng)包括器件表面的漏電流。 無源光器件可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。 光纖連接器主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與儀表、設(shè)備與光纖及光纖與光纖的非永久性固定連接等。圖 313 光纖活動連接器基本結(jié)構(gòu)113 （ 2）光纖連接器的分類 光纖連接器按光纖數(shù)量、光耦合系統(tǒng)、機械耦合系統(tǒng)、套管結(jié)構(gòu)和緊固方式進行分類，如表 31所示。其典型值應(yīng)不小于 25dB。115 （ 4）部分常見光纖連接器 ① FC型。其對接面由平面變?yōu)楣靶屯姑妗? ④ DIN47256型。 （ 5）固定連接 光纖與光纖的連接有兩種，活動連接和永久性連接。 光衰減器主要用于調(diào)整中繼段的線路衰減，測量光系統(tǒng)的靈敏度及校正光功率計等?？勺兯p器又分為連續(xù)可變和分擋可變兩種。118圖 314 常用耦合器的類型119 2．主要性能指標 表示光纖耦合器性能指標的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。隔離度 A表示為 （ 314）一般情況下，要求 。 光隔離器主要用在激光器或光放大器的后面。圖 316所示為光環(huán)形器用于單纖雙向通信的例子。124 （ 2）回波損耗 回波損耗是指由于構(gòu)成光隔離器的各元件、光纖以及空氣折射率失配引起的反射造成的對入射光信號的衰減。有 （ 319）其中， 為反向輸入光隔離器的光信號功率， 為反向通過光隔離器的光功率。 （ 5）偏振模色散（ PMD） 是指通過器件的信號光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。 （ 1）光電型波長轉(zhuǎn)換器 如圖 317所示。圖 318 全光型波長轉(zhuǎn)換器128 光開關(guān)光開關(guān) 光開關(guān)：能夠控制傳輸通路中光信號通或斷或進行光路切換作用的器件。 優(yōu)點是插入損耗小，隔離度高，串?dāng)_小，適合各種光纖，技術(shù)成熟；缺點是開關(guān)速度較慢，體積較大。 如果所通過的光波長可以改變，則稱為波長可調(diào)諧光濾波器。 光敏性是指當(dāng)外界入射的紫外光照射到纖芯中摻鍺的光纖時，光纖的折射率將隨光強而發(fā)生永久性改變。 2．光源器件作用是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號送入光纖。 5．半導(dǎo)體光電檢測器的作用是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號。? 光通信常用線路碼型。135 光發(fā)送機與光接收機統(tǒng)稱為光端機。光發(fā)送機完成 E/O轉(zhuǎn)換，光接收機完成 O/E轉(zhuǎn)換，光纖實現(xiàn)光信號的傳輸，光中繼器延長通信距離。 （ 2）有較好的消光比 消光比的定義為全 “1”碼平均發(fā)送光功率與全 “0”碼平均發(fā)送光功率之比。 除此之外，還要求電路盡量簡單、成本低、穩(wěn)定性好、光源壽命長等。 （ 2）碼型變換：將 HDB3碼或 CMI碼變化為 NRZ碼。 （ 6）調(diào)制（驅(qū)動）電路：完成電 /光變換任務(wù)。140 光源的調(diào)制光源的調(diào)制 1．光源 光源的作用是產(chǎn)生作為光載波的光信號，對光源的要求是： ① 發(fā)送光波的中心波長應(yīng)在 、 。 ④ 器件的溫度穩(wěn)定性好，可靠性高，壽命長。 調(diào)制原理如圖 43所示。 ② 特點 調(diào)制系統(tǒng)比較復(fù)雜、損耗大、而且造價也高。前端性能是決定光接收機的主要因素。 ③ 有足夠高的響應(yīng)速度和足夠的工作帶寬。 ⑦ 功耗和體積小，使用簡便。 主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來自前置放大器的輸出信號放大到判決電路所需的信號電平。 4．再生電路 再生電路的任務(wù)是把放大器輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號，由判決器和時鐘恢復(fù)電路組成。這些噪聲的分布如圖 416所示。 （ 1）光接收機的靈敏度 光接收機的靈敏度是指在系統(tǒng)滿足給定誤碼率指標的條件下，光接收機所需的最小平均接收光功率 Pmin（ mW）。 自動增益控制（ AGC）電路原理框圖如圖 417所示。 光中繼器的功能是補償光能量損耗，恢復(fù)信號脈沖形狀有： ① 補償衰減的光信號； ② 對畸變失真的信號波形進行整形。圖 418 典型的數(shù)字光中繼器原理方框圖 2．光電中繼器的結(jié)構(gòu)形式 有的設(shè)在機房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。 3．對光源進行強度調(diào)制的方法分為兩類，即直接調(diào)制（內(nèi)調(diào)制）和間接調(diào)制（外調(diào)制）。156 5．光接收機的噪聲主要來自光接收機內(nèi)部噪聲：包括光電檢測器的噪聲和光接收機的電路噪聲。有兩種類型的中繼器，傳統(tǒng)的光電中繼器和全光中繼器。學(xué)習(xí)本章目的和要求? 掌握再生段距離設(shè)計的方法。159 PP在實際中可以等效為附加接收損耗，可扣除，于是實際 SR點的允許損耗為 （ 52） 式中 A f表示再生段平均光纜衰減系數(shù)（ dB/km）， A S是再生段平均接頭損耗（ dB）， L f是單盤光纜的盤長（ km）， M c是光纜富余度（ dB/km）， A C是光纖配線盤上的附加活動連接器損耗（ dB），這里按兩個考慮。 第二種情況是色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由 S和 R點之間的光通道總色散所限