光纖通信的優點
●通信容量大
●中繼距離長
●不受電磁干擾
●資源豐富
●光纖重量輕、體積小
光通信發展簡史
2000多年前
烽火臺——燈光、旗語
1880年
光電話——無線光通信
1970年
光纖通信
●1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。
●1970年貝爾研究所林嚴雄在室溫下可連續工作的半導體激光器。
●1970年康寧公司的卡普隆(Kapron) 之作出損耗為20dB/km光纖。
●1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。
電磁波譜
通信波段劃分及相應傳輸媒介
光的折射/反射和全反射
因光在不同物質中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質射向另一種物質時，在兩種物質的交界面處會產生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質對相同波長光的折射角度是不同的（即不同的物質有不同的光折射率），相同的物質對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基於以上原理而形成的。
反射率分佈：表徵光學材料的一個重要參數是折射率，用N表示，真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。
N＝C/V
光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.5
光通信的發展過程
光的基本知識
光纖結構
光纖裸纖一般分為三層：
第一層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為9-10μm,(單模）50或62.5（多模）。
第二層：中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm）。
第三層：最外是加強用的樹脂塗層。
1)纖芯 core：折射率較高，用來傳送光；
2)包層 coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；
3)保護套 jacket：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。
3mm光纜 橘色 MM 多模
黃色 SM 單模
光纖的尺寸
外徑一般為125um(一根頭髮平均100um)
內徑：單模9um 多模50/62.5um
數值孔徑
入射到光纖端面的光並不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度範圍內的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑大些對於光纖的對接是有利的。不同廠家生產的光纖的數值孔徑不同
光纖的種類
按光在光纖中的傳輸模式可分為：
多模（Multi-Mode） (簡稱：MM）
單模（Single-Mode）(簡稱：SM）
多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或62.5μm），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細（芯徑一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。實際上是階躍型光纖的種，只是纖芯徑很小，理論上只允許單一傳播途徑的直進光入射至光纖內，並在纖芯內作直線傳播。光纖脈衝幾乎沒有展寬。因此，其模間色散很小，適用於遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。
光纖的分類
按材料分類：
玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，成本高；
膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；
塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價格很低。多用於家電、音響，以及短距的圖像傳輸。
按最佳傳輸頻率窗口:常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。
常規型：光纖生產廠家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300nm。
色散位移型：光纖生產廠家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1300nm和1550nm。
突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用於短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由於模間色散很小，所以單模光纖都採用突變型。
漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現在的多模光纖多為漸變型光纖。
常用光纖規格
光纖尺寸：
1)單模纖芯直徑：9/125μm，10/125μm
2)包層外徑（2D）＝125μm
3)一次塗敷外徑＝250μm
4)尾纖：300μm
5)多模：
50/125μm，歐洲標準
62.5/125μm，美國標準
6)工業，醫療和低速網絡：100/140μm， 200/230μm
7)塑料：98/1000μm，用於汽車控制
光纖衰減
造成光纖衰減的主要因素有：本徵，彎曲，擠壓，雜質，不均勻和對接等。
本徵：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
彎曲：光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉，造成的損耗。
擠壓：光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質：光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。
不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
對接：光纖對接時產生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小於0.8μm），端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質量差等。
光纜的種類
1)按敷設方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。
2)按光纜結構分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。
3)按用途分有：長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建築物內用光纜。
光纜的接續與成端
光纜的接續與成端是光纜線路維護人員必須掌握的基本技能。
光纜的接續技術分類：
1)光纖的接續技術和光纜的接續技術兩部分。
2)光纜的成端類似光纜的接續，只不過由於接頭材料不同而操作該當也有所不同。
光纖接續的種類
光纜接續一般可分為兩大類：
1)光纖的固定接續（俗稱死接頭）。一般採用光纖熔接機；用於光纜直接頭。
2)光纖的活動接頭（俗稱活接頭）。用能夠拆卸的連接器連接（俗稱活接頭）。用於光纖跳線、設備連接等地方
由於光纖端面的不完整性和光纖端面壓力的不均勻性，一次放電熔接光纖的接頭損耗還比較大，現在採用二次放電熔接法。先對光纖端面預熱放電，給端面整形，去除灰塵和雜物，同時通過預熱使光纖端面壓力均勻。
光纖連接損耗的監測方法
光纖連接損耗的監測方法有三種：
1、在熔接機上進行監測。
2、光源、光功率計監測。
3、OTDR測量法
光纖接續的操作方法
光纖接續操作一般分為：
1、光纖端面的處理。
2、光纖的接續安裝。
3、光纖的熔接。
4、光纖接頭的保護。
5、餘纖的盤留五個步驟。
通常整個光纜的接續按以下步驟進行：
第一步：大量好長度，開剝光纜，除去光纜護套；
第二步：清洗、去除光纜內的石油填充膏。
第三步：捆紮好光纖。
第四步：檢查光纖心數，進行光纖對號，核對光纖色標是否有誤；
第五步：加強心接續；
第六步：各種輔助線對，包括公務線對、控制線對、屏蔽地線等接續（如果有上述線對。
第七步：光纖的接續。
第八步：光纖接頭保護處理；
第九步：光纖餘纖的盤庫留處理；
第十步：完成光纜護套的接續；
第十一步：光纜接頭的保護。
光纖的損耗
1310 nm : 0.35 ~ 0.5 dB/Km
1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km
850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km
光纖熔接點損耗：0.08dB/點
光纖熔接點 1點/2km
常見光纖名詞
1)衰減
衰減：光在光纖中傳輸時的能量損耗單模光纖1310nm 0.4~0.6dB/km1550nm 0.2~0.3dB/km塑料多模光纖300dB/km
2)色散
色散(Dispersion)：光脈衝沿著光纖行進一段距離後造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。
模間色散：只發生在多模光纖，因為不同模式的光沿著不同的路徑傳輸。
材料色散：不同波長的光行進速度不同。
波導色散：發生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時，會以稍有不同的速度行進。在單模光纖中，通過改變光纖內部結構來改變光纖的色散非常重要。
光纖類型
G.652零色散點在1300nm左右
G.653零色散點在1550nm左右
G.654負色散光纖
G.655色散位移光纖
全波光纖
3)散射
由於光線的基本結構不完美，引起的光能量損失，此時光的傳輸不再具有很好的方向性。
光纖系統基礎知識
基本光纖系統的構架及其功能介紹：
1.發送單元：把電信號轉換成光信號；
2.傳輸單元：載送光信號的介質；
3.接收單元：接收光信號並轉換成電信號；
4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖。
常用連接器類型
連接頭端面類型
耦合器（coupler）
主要功能再分配光信號
重要應用在光纖網絡
尤其是應用在局域網
在波分複用器件上應用
基本結構
耦合器是雙向無源器件
基本形式有樹型、星型
——與耦合器對應的有分路器（splitter）
以圖形表示
波分複用器
WDM—Wavelength Division Multiplexer在一條光纖中傳輸多個光信號，這些光信號頻率不同，顏色不同。波分複用器就是要把多個光信號耦合進同一根光纖中；解波分複用器就是從一根光纖中把多個光信號區分出來。
波分複用器（圖例）
發送單元
接收單元
放大器
光纖數字通信
數字系統中脈衝的定義：
1.振幅：脈衝的高度在光纖系統中表示光功率能量。
2.上升時間：脈衝從最大振幅的10%上升到90%所需要的時間。
3.下降時間：脈衝從振幅的90%下降到10%所需要的時間。
4.脈衝寬度：脈衝在50%振幅位置的寬度，用時間表示。
5.週期：脈衝特定的時間，就是完成一個循環所需要的工作時間。
6.消光比：1信號光功率於0信號光功率的比值。
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