通信光纤损耗分析研究.doc

淮北煤炭师范学院论文分类号：TN9292008届学士学位论文通信中光纤的损耗分析系别、专业 物理系电子信息科学与技术研究方向 光纤损耗学生姓名学号指导教师姓名 汪徐德指导教师职称 讲师2008 年 4 月 26 H通信中光纤的损耗分析淮北煤炭师范学院物理与电子信息学院235000摘要光纤通信是新兴发展出来的产业，由于其具冇不可比拟的优势，在很多行 业，引起了人们越來越多的关注由于传输波长在纯光纤中具有很小的损耗，光 纤将取代屯缆成为最理想的传输介质木文扼要回顾我国光通信走过的历程，但是由于光纤木身具有传输损耗，使 得光信号只能传输不太远的距离就会衰减到接受机无法辨别的程度因此，如何 克服该类系统的光纤损耗便成为当前光纤通信系统的一个研究热点本文对产生光纤损耗的原因做了系统分析，主要是微弯损耗和弯曲损耗，并 且建立了损耗的关系模型，女口：模拟波长与损耗的关系；模拟光纤的折射率与损 耗的关系；模拟弯曲半径与损耗的关系，分析了损耗的机理，从而提出了降低损 耗的一些途径本文将对光纤应用中的两种弯曲损耗情况进行分析并简要说明其 应用关键词光纤通信；光纤损耗；波长；折射率；弯曲半径；弯曲损耗；微弯损耗Analysis of Fiber Loss on Transparent CommunicationDepartment of Physics, Huaibei Coal Industry Teachers College, 235000Abstract The optical fiber communication is a new developing technology- For the peculiar merits, it has been concerned by more and more people and applied in many domains. Due to the transmission wavelengths in high purity glass fibers have minimal loss; optical fibers are steadily replacing copper wire as an appropriate means of communication signal transmission.This article succinctly reviews the history of our country optical communication. For its own transmission loss, light signals will be attenuated to the weight which can not be received in a not-long distance. So overcoming the fiber loss becomes a hot topic in recent optical fiber communications system.In this paper, fiber loss has been analyzed systematically, including micro bending loss and macro bending loss. The fiber loss has relations with some factors such as the transmission wavelength, the refractive index, and bend radius of optical fiber. The mechanism of the loss has also been explained, and some approaches to reduce fiber loss have been proposed・Keywords Optical fiber communication; Fiber loss; Wavelength； Refractive index optical fiber; Bend radius; Bend loss; Micro bend loss;目次1引言 12光纤通信 22.1光纤的定义及分类 22. 2光纤通信的优点 32.3光纤通信的发展阶段及现状 32.4光纤通信系统的组成 43. 1光纤损耗的原因及危害 53.2光纤损耗的机理研究 53. 3光纤损耗的测量 94光纤损耗研究模型 134.1模拟光纤的波长与损耗的关系 134.2模拟光纤的折射率与损耗的关系 154.3模拟弯曲半径与损耗的关系 175减小光纤损耗的方法探索 195.1光纤弯曲损耗及其利用 195. 2光纤微弯损耗及其利用 20结论 23参考文献 24致谢 301引言光纤通信口问世以来，给整个通信领域带来了一场革命，它使高速率、大容 量的通信成为可能。

它的飞速发展冲击了当今所有的通信技术领域冃而全世界 己敷设光纤数亿千米，光纤通信不仅在陆地上使用，而且还形成了跨越大西洋和 太平洋的海底光缆线路，光缆几乎包帀了整个地球从我国情况来看，“十五”规 划末来我国光缆总长度将达到250万千米，近两年，我国平均每年铺设光缆30万 km左右，在今后5年中，国内光缆需求总量将达到250万km光纤通信以其通 信容量大、中继距离长、抗电磁干扰等优点，已成为支撑全世界海量信息交换的最 重要的技术支柱之一，口前它已成为一种不可替代的、最主要的信息传输技术实现光纤通信，一个重耍的问题是尽可能地降低光纤的损耗所谓损耗是指 光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km光纤损耗的高低直接影响传输距离或 中继站间隔距离的远近，因此，了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现 实意义光纤损耗可分为：（1）光纤的吸收损耗；（2）光纤的散射损耗；（3）波导散 射损耗:（4）光纤弯曲产生的辐射损耗光纤损耗的原因不是单一的，于是我们 建立了几种研究模型本文介绍了产生光纤损耗的原因，详细分析了光纤损耗的 机理，分别模拟了波长、光纤的折射率、弯曲半径与损耗的关系，由模拟图可探 索到降低光纤损耗的方法。

2光纤通信光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段光纤通讯的特点是通讯容量 大，比电通讯容量大千万倍，在两根光纤上可以传递万路，或上千路电视； 保密性能好，抗干扰性很强2.1光纤的定义及分类光纤是一种将信息从一端传送到另一端的媒介，是一条玻璃或塑胶纤维，作 为让信息通过的传输媒介通常光纤与光缆两个名词会被混淆，多数光纤在使用询必须出几层保护结构 包覆，包覆后的缆线即被称为光缆光纤的分类：A. 按光在光纤111的传输模式可分为:单摸光纤和多模光纤多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5|im）,可传多种模式的光但其模间 色散较犬，这就限制了传输数字信号的频率，而H随距离的增加会更加严重例 如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了因此，多模光纤传输 的距离就比较近，一般只有几公里单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一•般为9 或10ym）,只能传一种模式的光因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但 其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性冇较高的耍求，即 谱宽要窄，稳定性要好B. 按最住传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300mn。

色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波氏的光上，如： 1300nm 和 1550nmoC. 按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤突变型:光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的其成本低，模间色散高 适用于短途低速通讯，女山 工控但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤 都采用突变型渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按止 弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高， 现在的多模光纤多为渐变型光纤2. 2光纤通信的优点光纤通信的优点可归纳如2一、 .频带宽，通信容量大光纤可利用的带宽约为50000GHz, 1987年投入 使用的1. 7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同吋传输24192路，2.4Gb/s系 统，能同时传输30000多路频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重 要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网（B-ISDN）发展的需耍二、 中继距离长由于光纤具有极低的衰耗系数（口前商用化石英光纤已达0.19dB/km以下）, 若配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上这是传统 的电缆（1.5km）、微波（50km）等根本无法与Z相比拟的。

因此光纤通信特别适 用于长途一、二级干线通信据报导，用一根光纤同时传输24万个话路、100公 里无中继的试验已经取得成功此外，已在进行的光孤子通信试验，已达到传输 120万个话路、6000公里无中继的水平因此，在不久的将來实现全球无中继的 光纤通信是完全可能的三、 保密性能好光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没冇光“泄霜”出去，因此其保密 性能极好四、 适应能力强适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强（弯曲半径大 于25厘米时其性能不受影响）等五、 体积小、重量轻、便于施工维护光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，乂可以水底和架空六、 原材料来源丰富，潜在价格低廉制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是 取Z不尽、用Z不竭的因此其潜在价格是十分低廉的2. 3光纤通信的发展阶段及现状光纤通信的发展可以粗略的分为三个阶段：第一阶段（1966〜1976年），这是从基础研究到商业应用的开发吋期第二阶段（1976〜1986年），这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期第三阶段（1986〜1996年），这是以超大容量超长距离为目标、全而深入开展新 技术研究的时期。

光纤通信的现状：U 1976后光纤通信技术不断创新，光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85 pm发展到1.31 pm和1.55 pm（短波长向长波长），传输速率从儿十Mb/s发展到儿 十 Gb/so随着技术的进步和人规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大 目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基 础设施的支柱在光纤光缆中存在着金属电缆所没有的特殊损耗一光损耗，产生光损耗的原 因可分为光纤木身的固有损耗和附加损耗，通过降低光纤的附加损耗可以大大 优化光纤的传输性能，因此光纤通信的前景很好，我们要探索各种方法减低损耗2. 4光纤通信系统的组成光纤通信系统由发射、接收和作为广义信道的基木光纤传输系统组成如图1.1 所示，信息源一电发射机一光发射机一（光纤线路）一光接收机一电接收机一信 息宿信息源：把用户信息转换为原始电信号（基带信号）电发射机：把基带信号转 换成适合信道传输的信号电接受机和信息宿作用与此相反光发射机：把输入 电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入光纤线路光纤线路: 把来自发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接受机。

光接受机：把 从光纤线路输出产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号,并经放人和处理后恢 复成发射前的电信号I电信号~ 1_输田A比信号■输廿。