《光纤标准的介绍》课件

光纤通信标准简介光纤通信技术已成为现代通信的主干,不同的光纤标准对网络性能和成本有着重要影响本节将概括介绍几种主流光纤通信标准,助您全面了解光纤技术发展光纤简介光纤是利用全反射原理传输光信号的通信导体它由光学纤维芯和包层组成,由于其低损耗、大带宽等优点,在通信领域广泛应用光纤能够在长距离内高效传输信号,为网络传输提供了高速、大容量的通道光纤组成及传输原理芯和包层光信号传输光纤由两部分组成中心的光导芯和外围的包层光信号在光纤内部通过光在光纤内部以极高的速度传输,几乎不受干扰,从而实现高速稳定的光电全反射在芯层中传输通信123折射率分布光纤的芯层和包层具有不同的折射率分布这种折射率差异使得光信号能够在芯层内部全反射传播光纤分类单模光纤多模光纤单模光纤只有一种传播模式,适用于长多模光纤有多种传播模式,适用于短距距离、高速传输,但耦合效率较低离传输,耦合效率高但带宽有限塑料光纤玻璃光纤塑料光纤价格便宜,易弯曲,适用于室内玻璃光纤物理性能优良、损耗低,适用短距离传输，但损耗较高于各种光通信应用单模光纤窄光模式简单结构广泛应用单模光纤内只允许一个光传播模式,相比多单模光纤由光学芯和外层包层构成,结构简单模光纤广泛应用于城域网、干线网络,以模光纤具有更窄的光模式,传输距离更长,带单,制造成本较低,广泛用于高速通信领域及远距离通信、无线基站等领域,是当今主宽更大流的光纤通信技术多模光纤光路多样便于连接12多模光纤可以同时传输多种光多模光纤的芯径较大,连接时相路模式,每种模式都有独特的传对容易对准,安装和维护更加简播特性这使得它能承载大量单的信息传播距离有限兼容性强34由于模式色散等因素,多模光纤多模光纤能与低成本的发射和的传播距离相对有限,一般适用接收设备相兼容,因此在城域网于短距离通信和楼宇网络中得到广泛应用光纤材料石英光纤塑料光纤石英光纤由高纯度的二氧化硅SiO2制成,是目前应用最广泛的光塑料光纤主要由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA制成,价格低廉,制备工纤材料具有低吸收损耗、高抗拉强度和良好的机械性能广泛艺简单适用于短距离传输和一些特殊场合,如汽车、航空航天等用于各类通信和传感系统领域石英光纤石英光纤是一种采用高纯度石英玻璃制成的光导纤维它具有优异的光学性能和耐高温特性,广泛应用于通信、医疗、工业控制等领域石英光纤的制造工艺复杂,但能提供长距离稳定可靠的光信号传输塑料光纤塑料光纤是一种基于聚合物材料制成的光导波导，与石英光纤相比具有成本低廉、柔韧性强、重量轻等优点塑料光纤广泛应用于短距离通信、医疗设备、传感器以及汽车等领域它具有抗电磁干扰、易弯折等特性，为光通信带来了新的机遇光纤几何参数芯径和包层径数值孔径光纤的芯径定义了光信号传输的数值孔径描述了光纤能够接收和区域,包层径则决定了整个光纤的传输光信号的范围,决定了光纤的尺寸这些参数影响着光纤的传光收集能力和最大接收角度输性能和机械强度非均匀性光纤内部的非均匀性会导致散射损耗和弯曲损耗,这些参数需要严格控制以确保光纤的可靠性芯径和包层径数值孔径

0.

110.22低数值孔径高数值孔径低数值孔径的光纤适用于长距离通信,高数值孔径的光纤适用于短距离传输,具有较小的光束发散角能够更高效地收集和传输光信号

0.3-

0.

40.14多模光纤数值孔径单模光纤数值孔径多模光纤的数值孔径范围一般在

0.3-单模光纤的数值孔径通常在

0.14左右

0.4之间光纤光学性能吸收损耗散射损耗12光纤内部材料的分子振动和电光在光纤中传播时,由于材料的子跃迁会导致光能量的损失,称不均匀性和表面粗糙度造成光为吸收损耗这是限制光纤传能的散失,称为散射损耗这是输距离的主要因素之一另一种主要的损耗机制弯曲损耗3当光纤发生弯曲时,会导致光线偏离光纤内壁而泄露出光纤,从而产生弯曲损耗这影响光纤的信号传输质量吸收损耗吸收损耗光信号在光纤传输过程中由于光子能量的吸收而导致的信号强度衰减主要原因光纤材料分子内电子和振动能级跃迁吸收光子能量导致影响因素光波长、温度、掺杂物等解决措施选用低吸收损耗材料、控制工艺参数、合理设计光路等散射损耗

0.5dB/km

0.2dB/km光纤材质光纤表面质量

0.1dB/km

0.05dB/km光纤内部不均匀性最佳情况下的散射损耗光纤在传输光信号过程中会产生散射损耗散射损耗的主要原因包括光纤材质、表面质量以及内部不均匀性等通过不断优化生产工艺,最佳情况下可将散射损耗降至

0.05dB/km左右,这是光纤低损耗传输的重要基础弯曲损耗光纤在弯曲时会产生弯曲损耗,即光信号在弯曲处会有一部分能量泄露到光纤外部并被消耗弯曲损耗会随着弯曲半径的减小而增大,同时还与光纤的数值孔径和芯层折射率指数的差值有关合理设计和控制光纤的弯曲半径对于降低光纤网络的传输损耗非常重要光纤国际标准化组织光纤的标准化工作由多个国际组织共同推进,包括国际电工委员会IEC、国际电信联盟ITU等这些组织制定了一系列广泛应用的光纤标准,确保光纤产品的兼容性和互操作性国际电工委员会标准国际电工委员会IEC标准标准开发流程国际电工委员会International IEC标准涵盖了电力、电子、磁性材料、电IEC标准通过一个严格的多步骤开发流程来Electrotechnical Commission，IEC是一个缆、电力电子、光伏能源、信息技术等众多确保其质量和广泛性该流程包括提案、草非营利性的国际标准化组织,致力于制定电领域这些标准确保了设备和系统的安全性案、投票等阶段,确保了标准的广泛认可与气和电子技术领域的国际标准、互操作性和性能应用国际电信联盟标准ITU-T标准ITU-T（国际电信联盟-电信标准部门）制定的光纤通信技术标准涵盖物理层、传输层等关键领域全球应用ITU-T标准得到全球光纤通信领域的广泛应用和采用,确保了设备互操作性和系统兼容性统一规范ITU-T标准为光纤技术的国际统一规范和发展提供了重要基础,推动了全球光纤网络建设国内光纤标准化GB/T系列标准行业标准检测体系技术创新中国制定的国家标准,涵盖光针对特定应用领域,制定的配国内建立完善的光纤检测实验依托标准化,推动新型光纤技纤的尺寸、光学特性、测试方套技术要求和规范,如光网络室和测试体系,确保产品符合术的研发和应用,如特种光纤法等,确保光纤产品的质量和标准、光放大器标准等相关标准要求、高速传输光纤等性能标准GB/T国内代表性标准技术指标体系适用范围广泛GB/T标准是中国最主要的国家标准体系GB/T标准详细规定了光纤的尺寸、性能GB/T标准涵盖了光纤在通信、医疗、工,覆盖各个行业领域这些标准确保产品、测试方法等技术参数,为产品制造和应业控制等多个领域的应用,为各行业的光和服务质量,促进了中国经济社会发展用提供了统一的技术依据纤产品和服务提供了规范依据技术参数指标光信道参数传输性能参数环境耐受性参数包括芯径、包层径、数值孔径等几何参带宽、传输速率、信噪比等可用于评估温度、湿度、弯曲等环境因素对光纤性数，以及吸收损耗、散射损耗等光学性光纤传输能力的技术指标能的影响,确保光纤在各种应用环境下的能指标可靠性光纤应用领域光纤广泛应用于各个领域,包括通信、医疗、工业控制等其高速、大带宽、抗干扰等优势使其成为现代通信和信息传输的主要载体光纤在医疗领域也有独特应用,如内窥镜、光通信和光传感器等通信领域5G和光纤应用5G网络和大带宽光纤通信是未来通信发展的核心技术光纤可以提供更高的传输速度和容量海底光缆传输跨洲际的海底光缆可以实现全球范围内的高速信息传输，是国际间通信的重要基础设施远程监控和视频会议光纤高带宽特性支持远程监控、视频会议等应用,提高了通信的效率和互动性医疗领域内窥镜检查微创手术生命体征监测通过微型光纤摄像头,医生可以深入人体进精细的光纤器械可以执行最小创伤的外科手光纤传感设备可以实时监测病患的各项生命行精确诊断,提高疾病检测的效率和准确性术,减轻患者痛苦,加快恢复进度体征,为医护人员提供关键数据支持工业控制领域高精度监测可靠通信传输12光纤技术可以提供精确的温度光纤网络的高带宽和抗干扰能、压力、位置等参数监测,确保力确保工业控制系统的快速、工业设备的高效稳定运行安全的数据传输恶劣环境适应长距离覆盖34光纤耐高温、抗腐蚀,可广泛应光纤能够实现数十公里范围内用于化工、炼油等恶劣工业环的远程监控和控制,满足大型工境中的监测和控制厂的需求未来发展趋势光纤技术正在持续创新,呈现出多方位的发展趋势新型光纤结构如光子晶体光纤和光纤传感技术必将推动光通信应用的广泛发展,同时光纤传输容量的不断提升将带来革命性的变革新型光纤结构塑料光纤光子晶体光纤光纤光栅微结构光纤塑料光纤具有高柔性、易加工光子晶体光纤采用特殊的微结光纤光栅是在光纤内部制造周微结构光纤通过复杂的微结构、成本较低等优点,适用于城构设计,能够实现单模多波长期性折射率变化的区域,可用设计,能实现特殊的光学传输市网络、家庭网络、车载网络传输、高非线性系数等性能,于实现光纤传感、滤波、光纤特性,如高非线性系数、单模等应用场景其芯层由塑料材适用于光通信和光纤传感领域激光器等功能其制造工艺先多波长传输等,广泛应用于光料制成,能有效降低光损耗进,性能优异通信和光纤传感领域光纤传感技术原理优势主要类型发展趋势光纤传感技术利用光纤的微小光纤传感具有体积小、抗电磁光纤布拉格光栅传感、光纤干未来光纤传感技术将朝着智能结构变化来感知外部环境,如干扰、耐腐蚀等优势,在安全涉传感、光纤倾斜光谱传感等化、信息化、网络化的方向发温度、应力、压力等,并转换、环保、医疗等领域广泛应用是常见的光纤传感技术展,应用范围将进一步扩大为电信号进行检测和分析光纤传输容量提升波分复用技术空分复用技术12通过在单根光纤上同时传输多利用多模光纤的多个模式实现个波长的光信号,可以大幅提升并行传输,也是提升光纤传输能光纤的传输容量力的有效方法超高速编码技术光纤线缆优化34采用先进的编码调制方式,可以优化光纤线缆结构,如采用光子实现每秒100G甚至更高的光传晶体光纤,可以大幅降低传输损输速率耗。