光纖通信基本知識

1、光纖通信電通信是以電作為信息載體實(shí)現(xiàn)的通信，而光通信則是以光作為信息載體而 實(shí)現(xiàn)的通信。所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之 目的。要使光波成為攜帶信息的載體，必須對之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從 光波中檢測出來。光纖通信作為一門技術(shù)，其出現(xiàn)，發(fā)展的歷史至今不過3040 年，但它已經(jīng)給世界通信的面貌帶來了巨大的變化，起深刻而長遠(yuǎn)的影響恐怕還 在后頭?；窘榻B光纖即為光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳 輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光 源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外，在應(yīng) 用中，

2、光纖常按用途進(jìn)行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖 又分為通用與專用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、 倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖的結(jié)構(gòu)及原理結(jié)構(gòu)：纖芯材料的主體是二氧化硅，里面摻極微量的其他材料，例如二氧化鍺五氧化二磷等。摻雜的作用是提高材料的光折射率。纖芯直徑約575. m。光 纖外面有包層，包層有一層、二層（內(nèi)包層、外包層）或多層（稱為多層結(jié)構(gòu)） 但是總直徑在100200口 m上下。包層的材料一般用純二氧化硅，也有摻極微量 的三氧化二硼，最新的方法是摻微量的氟，就是在純二氧化硅里摻極少量的四氟 化硅。摻雜的作用

3、是降低材料的光折射率。這樣，光纖纖芯的折射率略高于包層的折射率。兩者席位的區(qū)別，保證光主要限 制在纖芯里進(jìn)行傳輸。包層外面還要涂一種涂料，可用硅銅或丙烯酸鹽。涂料的 作用是保護(hù)光纖不受外來的損害，增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度。光纖的最外層是套層， 它是一種塑料管，也是起保護(hù)作用的，不同顏色的塑料管還可以用來區(qū)別各條光 纖。導(dǎo)光原理：光纖實(shí)際是指由透明材料做成的纖芯和在它周圍采用比纖芯的折射 率稍低的材料做成的包層，并將射入纖芯的光信號，經(jīng)包層界面反射，使光信號 在纖芯中傳播前進(jìn)的媒體。一般是由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的 對稱圓柱體。（傳輸特性）光纖有兩項主要特性：即損耗和色散。光纖每單位長度

4、的損耗或者衰減（dB/km），關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長 短和中繼站間隔的距離的選擇。光纖的色散反應(yīng)時延畸變或脈沖展寬，對于數(shù)字 信號傳輸尤為重要。每單位長度的脈沖展寬（ns/km），影響到一定傳輸距離和信 息傳輸容量。技術(shù)領(lǐng)域通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)；一根光纖的潛在帶寬可達(dá)20THz。采用這樣 的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前 400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55m附近， 石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無 中繼傳輸距離可達(dá)幾十、甚至上百公里。信號干擾小、保密性能好；抗電磁干

5、擾、傳輸質(zhì)量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光 纖通信不受各種電磁干擾。光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設(shè)和運(yùn)輸；材料來源豐富，環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。無輻射，難于竊聽，因?yàn)楣饫w傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長。質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度差。光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。分路、耦合不靈活。光纖光纜的彎曲半徑不能過小(20cm)有供電困難問題。利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式.由于激光具有高方向性、高相 干性、高單色性等顯著優(yōu)點(diǎn)，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光一 光纖通信.光纖通信的原理光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電

6、信號， 然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號的幅度(頻率)變化而 變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號， 經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息.發(fā)展光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng) 歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖.采用光纖通信是 通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設(shè)電纜通信 線路，而致力于發(fā)展光纖通信.中國光纖通信已進(jìn)入實(shí)用階段.光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并 列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音 頻、視頻、數(shù)

7、據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長，對大容量(超高速和超長距離)光波傳輸 系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。光纖通信就是利用光波作為載波來傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信 息傳輸，達(dá)到通信目的的一種最新通信技術(shù)。通信的發(fā)展過程是以不斷提高載波頻率來擴(kuò)大通信容量的過程，光頻作為載 頻已達(dá)通信載波的上限，因?yàn)楣馐且环N頻率極高的電磁波，因此用光作為載波 進(jìn)行通信容量極大，是過去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人 們早就追求的目標(biāo)，也是通信發(fā)展的必然方向。光纖通信與以往的電氣通信相比，主要區(qū)別在于有很多優(yōu)點(diǎn)：它傳輸頻帶寬、 通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金 屬材料，

8、有利于資源合理使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、 抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可在特殊環(huán)境 或軍事上使用。應(yīng)用領(lǐng)域光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在 這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長途干線通信過去主 要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢的比特 傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)（如中國的國家一級干線、各省 二級干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān) 視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（CATV）系統(tǒng)，用于 光纖局域

9、網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有 腐蝕和有輻射等中使用。光纖傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、光纜傳輸線路、光中繼器和各 種無源光器件構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)通信，基帶信號還必須經(jīng)過電端機(jī)對信號進(jìn)行處理后 送到光纖傳輸系統(tǒng)完成通信過程。它適合于光纖模擬通信系統(tǒng)中，而且也適用于光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信 系統(tǒng)。在光纖模擬通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進(jìn)行放大、預(yù)調(diào)制等 處理，而電信號反處理則是發(fā)端處理的逆過程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù) 字通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進(jìn)行放大、取樣、量化，即脈沖編碼 調(diào)制（PCM）和線路碼型編碼處理等，而電信號反處理也是發(fā)端的

10、逆過程。對數(shù) 據(jù)光纖通信，電信號處理主要包括對信號進(jìn)行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它 不需要碼型變換。光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作 為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統(tǒng)。隨著國際互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù) 和通信業(yè)的飛速發(fā)展，信息化給世界生產(chǎn)力和人類社會的發(fā)展帶來了極大的推 動。光纖通信作為信息化的主要技術(shù)支柱之一，必將成為21世紀(jì)最重要的戰(zhàn)略 性產(chǎn)業(yè)。跳 名詞解釋光纖通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)是信息化的兩大核心支柱，計算機(jī)負(fù)責(zé)把信息數(shù) 字化，輸入網(wǎng)絡(luò)中去；光纖則是擔(dān)負(fù)著信息傳輸?shù)闹厝?。?dāng)代社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中， 信息容量日益劇增，為提高信息的傳輸速度和容

11、量，光纖通信被廣泛的應(yīng)用于信 息化的發(fā)展，成為繼微電子技術(shù)之后信息領(lǐng)域中的重要技術(shù)。光纖通信系統(tǒng)分類基本光纖通信系統(tǒng)最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。其 中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過信源編碼所得 到的信號；光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑?號，先后用過的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還 有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機(jī)則接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn) 變成電信號，最后得到對應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)是數(shù)字通信的理想通道。與模擬通信相比較

12、，數(shù)字通信有很多 的優(yōu)點(diǎn)，靈敏度高、傳輸質(zhì)量好。因此，大容量長距離的光纖通信系統(tǒng)大多采用 數(shù)字傳輸方式。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖0碼和1碼，它由二進(jìn)制數(shù) 字信號對光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行抽 樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM （pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制 這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機(jī)產(chǎn)生?；緲?gòu)成（1）光發(fā)信機(jī)光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能 是將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再 將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。（2）光收信機(jī)光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是 將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓?，再將這微弱的 電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。（3）光纖或光纜光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光纖 或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。（4）中繼器中繼器由光檢測器、光源和