【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(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)（約1μm），光纖傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)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(zhǎng)分類 光纖可分為短波長(zhǎng)光纖和長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。 （ 1） ，也稱標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（ SMF），是指色散零點(diǎn)（即色散為零的波長(zhǎng)）在 1 310nm附近的光纖。31（ 3） 。為了避免該效應(yīng)，將色散零點(diǎn)的位置從 1 550nm附近移開(kāi)一定波長(zhǎng)數(shù)，使色散零點(diǎn)不在 1 550nm附近的DWDM工作波長(zhǎng)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(duì)不同波長(zhǎng)（對(duì)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(kāi)。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(duì)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(chǎng)直徑越小，通過(guò)光纖橫截面的能量密度就越大。41圖 212 模場(chǎng)直徑42 4．截止波長(zhǎng) 理論上的截止波長(zhǎng)是單模光纖中光信號(hào)能以單模方式傳播的最小波長(zhǎng)。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(huì)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(shí)延差來(lái)表示，所謂時(shí)延差，是指不同頻率的信號(hào)成分傳輸同樣的距離所需要的時(shí)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(wú)模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散； 當(dāng)波長(zhǎng)在 ，色散接近為零。由于各波長(zhǎng)成分到達(dá)的時(shí)間先后不一致，因而使得光脈沖加長(zhǎng)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(hù)層材料性質(zhì)分 光纜可分為聚乙烯護(hù)層普通光纜、聚氯乙烯護(hù)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(dòng)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(hù)層和加強(qiáng)芯組成。 （ 3）加強(qiáng)芯 加強(qiáng)芯主要承受敷設(shè)安裝時(shí)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(gè)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(shí)際數(shù)目。79 Ⅳ ：帶寬、損耗、波長(zhǎng)表示光纖傳輸特性的代號(hào)由 a、 bb及 cc三組數(shù)字代號(hào)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(gè)位和十位數(shù)字。單模光纖無(wú)此項(xiàng)。圖 236 光纜中附加金屬導(dǎo)線編號(hào)示意圖 例如， 2個(gè)線徑為 21；； 4個(gè)線徑為 44； 4個(gè)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(diǎn)和難點(diǎn)本章內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)送入光纖。其制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好。 ② 處于高能級(jí) E2 上的電子是不穩(wěn)定的，即使沒(méi)有外界的作用，也會(huì)自發(fā)地躍遷到低能級(jí) 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(duì)半導(dǎo)體激光器的要求對(duì)半導(dǎo)體激光器的要求對(duì)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(dá) 500μW～ 2mW； LED的尾纖輸出功率可達(dá) 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(lì)電流的變化而變化。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流足夠大時(shí)，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(dòng)的靜態(tài)單縱模激光器，要得到高速數(shù)字調(diào)制的動(dòng)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(méi)有光學(xué)諧振腔，不能形成激光。由于不是激光振蕩，所以沒(méi)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(zhǎng)，使用簡(jiǎn)單，輸出光功率線性范圍寬，而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。104 光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器 光電檢測(cè)器完成光 /電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴(kuò)散后形成一個(gè)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(hù)環(huán)型在制作時(shí)淀積一層環(huán)形 N型材料，以防止在高反壓時(shí)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(shí)間（上升時(shí)間和下降時(shí)間）來(lái)表示。 嚴(yán)格地說(shuō)，暗電流還應(yīng)包括器件表面的漏電流。 無(wú)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(shí)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(dòng)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(jī)械耦合系統(tǒng)、套管結(jié)構(gòu)和緊固方式進(jìn)行分類，如表 31所示。其典型值應(yīng)不小于 25dB。115 （ 4）部分常見(jiàn)光纖連接器 ① FC型。其對(duì)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(dòng)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(cè)量光系統(tǒng)的靈敏度及校正光功率計(jì)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(biāo) 表示光纖耦合器性能指標(biāo)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(duì)入射光信號(hào)的衰減。有 （ 319）其中， 為反向輸入光隔離器的光信號(hào)功率， 為反向通過(guò)光隔離器的光功率。 （ 5）偏振模色散（ PMD） 是指通過(guò)器件的信號(hào)光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。 （ 1）光電型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 如圖 317所示。圖 318 全光型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器128 光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān) 光開(kāi)關(guān)：能夠控制傳輸通路中光信號(hào)通或斷或進(jìn)行光路切換作用的器件。 優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度較慢，體積較大。 如果所通過(guò)的光波長(zhǎng)可以改變，則稱為波長(zhǎng)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(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)而發(fā)生永久性改變。 2．光源器件作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)送入光纖。 5．半導(dǎo)體光電檢測(cè)器的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。? 光通信常用線路碼型。135 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī)。光發(fā)送機(jī)完成 E/O轉(zhuǎn)換，光接收機(jī)完成 O/E轉(zhuǎn)換，光纖實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸，光中繼器延長(zhǎng)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(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、光源壽命長(zhǎng)等。 （ 2）碼型變換：將 HDB3碼或 CMI碼變化為 NRZ碼。 （ 6）調(diào)制（驅(qū)動(dòng)）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(hào)，對(duì)光源的要求是： ① 發(fā)送光波的中心波長(zhǎng)應(yīng)在 、 。 ④ 器件的溫度穩(wěn)定性好，可靠性高，壽命長(zhǎng)。 調(diào)制原理如圖 43所示。 ② 特點(diǎn) 調(diào)制系統(tǒng)比較復(fù)雜、損耗大、而且造價(jià)也高。前端性能是決定光接收機(jī)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(jiǎn)便。 主放大器一般是多級(jí)放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來(lái)自前置放大器的輸出信號(hào)放大到判決電路所需的信號(hào)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(hào)，由判決器和時(shí)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(jī)的靈敏度 光接收機(jī)的靈敏度是指在系統(tǒng)滿足給定誤碼率指標(biāo)的條件下，光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率 Pmin（ mW）。 自動(dòng)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(bǔ)償光能量損耗，恢復(fù)信號(hào)脈沖形狀有： ① 補(bǔ)償衰減的光信號(hào)； ② 對(duì)畸變失真的信號(hào)波形進(jìn)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(jī)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(diǎn)是，光放大器作中繼器時(shí)，對(duì)波形的整形不起作用。 3．對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)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(jī)的噪聲主要來(lái)自光接收機(jī)內(nèi)部噪聲：包括光電檢測(cè)器的噪聲和光接收機(jī)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(jì)的方法。159 PP在實(shí)際中可以等效為附加接收損耗，可扣除，于是實(shí)際 SR點(diǎn)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(zhǎng)（ 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(dòng)連接器損耗（ dB），這里按兩個(gè)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(diǎn)之間的光通道總色散所限