一大波光纖通信原理動態圖，美翻了！

發布時間 : 2021-3-31 9:41:19    點擊量 : 2400

振蕩的電場和磁場在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，Gamma射線、X光、紫外光、可見光、紅外光、微波、無線電波和長波無線電，這些都是電磁波。

光纖通信工作波長在于近紅外區。

光纖通信工作波長在于近紅外區，波段有：

O波段：1260nm到1310nm

E波段：1360nm到1460nm

S波段：1460nm到1530nm

C波段：1535nm到1565nm

L波段：1565nm到1625nm

U波段：1640nm到1675nm

單模光纖通常工作在1310nm、1550nm和1625nm。

2 光纖結構與光在光纖中的傳送

光纖裸纖一般分為三層：

1)纖芯（core）：折射率較高，用來傳送光；

2)包層（cladding）：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；

3)保護層：保護光纖。

n = Index of refraction（折射率），光在真空中的傳播速度與光在該介質中的傳播速度之比率。

n1=纖芯折射率；n2=包層折射率，n1>n2，形成形成全反射條件。

3 單模與多模


外徑一般為125um(一根頭發平均100um)

內徑：單模9um  多模50/62.5um


4 數值孔徑（Numerical Aperture）

入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內的入射光才可以。

這個角度α的正弦值就稱為光纖的數值孔徑（NA = sinα），不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同。

從物理上看，光纖的數值孔徑表示光纖接收入射光的能力。NA越大，則光纖接收光的能力也越強。從增加進入光纖的光功率的觀點來看，NA越大越好，因為光纖的數值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。但是NA太大時，光纖的模畸變加大，會影響光纖的帶寬。

5 光的散射

光的散射是指光通過不均勻介質時一部分光偏離原方向傳播的現象。此時引起的光能量損失，光的傳輸不再具有很好的方向性。

二進位的 0, 1 在發送端是明確的分離脈沖

脈沖在接收端變為延伸和變形，并重疊在一起, 使不能正確解碼。

6 瑞利散射（Rayleigh Scattering ）

光纖中的瑞利散射：是一種基本損耗機制，是由于在制造過程中光纖密度的隨機漲落引起折射率的局部起伏，使得光向各個方向散射。

7 背向散射（Backscatter）

光纖中的光功率絕大部分為前向傳播,但有很少部分朝發光器背向散射。

OTDR正是利用背向散射來測光纜線路的損耗，長度等。

光在光纖中傳播時會發生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅爾反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光這一特點，采集光脈沖的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。

8 菲涅爾反射（Fresnel Reflection）

當光入射到折射率不同的兩個媒質分界面時，一部分光會被反射，這種現象稱為菲涅爾反射。如果光在光纖中的傳輸路徑為光纖—空氣—光纖，由于光纖和空氣的折射率不一樣，將產生菲涅爾反射。

9 色散（Chromatic dispersion）

光纖中由光源光譜成分中不同波長的不同群速度所引起的光脈沖展寬的現象。


材料色散

光纖材料石英玻璃的折射率對不同的傳輸光波長有不同的值，許多不同波長的太陽光通過棱鏡以后可分成七種不同顏色就是一個證明。由于上述原因，材料折射率隨光波長而變化從而引起脈沖展寬的現象稱為材料色散。

波導色散

由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續傳輸。進入包層內的這部分光強的大小與光波長有關，這就相當于光傳輸路徑長度隨光波波長的不同而異。

把有一定波譜寬度的光源發出的光脈沖射入光纖后，由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同，所以到達終點的時間也不相同，從而出現脈沖展寬。具體來說，入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導引起的，由此產生的脈沖展寬現象叫做波導色散。

光纖的折射率分布

10 模場直徑（Mode Field Diameter）

大部分光集中在纖芯，部分進入包層，這一更寬的分布稱為模場直徑。

單模光纖中的基模場并沒有完全集中在纖芯中，有一部分的能量存在于包層中。所以不能像多模光纖那樣用纖芯直徑表示橫截面上的傳光范圍，只能用模場直徑來表示。模場直徑是衡量單模光纖橫截面上基模場分布的一個物理量。

模場直徑用來表征在單模光纖的纖芯區域基模光的分布狀態。基模在纖芯區域軸心線處光強最大，并隨著偏離軸心線的距離增大而逐漸減弱。 一般將模場直徑定義為光強降低到軸心線處最大光強的1/(e^2)的各點中兩點最大距離。

11 光纖衰減（Optical Attenuation）

光纖中光功率沿縱軸逐漸減小。光功率減小與波長有關。光纖鏈路中，光功率減小主要原因是散射、吸收，以及連接器和熔接接頭造成的光功率損耗。衰減的單位為dB。

產生原因：使光纖產生衰減的原因很多，主要有：吸收衰減，包括雜質吸收和本征吸收；散射衰減，包括線性散射、非線性散射和結構不完整散射等；其它衰減，包括微彎曲衰減等。其中最主要的是雜質吸收引起衰減。

光纖衰減系數（fiber attenuation coefficient）：每公里光纖對光信號功率的衰減值。單位：dB/km。

光纖彎曲損耗

光纖對彎曲非常敏感，過度彎曲 = 光溢出。如果彎曲半徑 <20x 外徑，則大部分光都會從涂層溢出。單模光纜比多模光纜對彎曲損耗更敏感。

兩種彎曲都會發生光損耗：Macrobend（宏彎） 和Microbend（微彎）。

Macrobend

當Macrobend彎曲被糾正，可以得到恢復。

Microbend

Microbend無法恢復，比如由線纜捆扎過緊造成。

12 光纖的熔接




13 光纖連接器


光纖適配器

PC/UPC/APC光纖截面

光纖接頭的截面應該分為PC、UPC、APC。

PC和UPC為光纖微球型端面是與陶瓷體的端面是平行的，工業標準的回波損耗分別為-35dB和-50dB。

APC截面8度傾斜角，為了減少反射，工業標準的回波損耗為-60dB。

14 耦合器（Coupler）

光纖耦合器（Coupler）又稱分路器（Splitter），是將光信號從一條光纖中分至多條光纖中的元件。

耦合器是雙向無源器件，基本形式有樹型、星型。