光纖通信技術(shù)

光纖通信技術(shù)1光纖通信的發(fā)展史及現(xiàn)狀光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信關(guān)鍵技術(shù)2什么是通信？“通”：傳送，“信”：信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號(hào)，并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。光纖通信是人類歷史上的重大突破，現(xiàn)今的光纖通信已成為信息社會(huì)的神經(jīng)系統(tǒng)3光纖通信的發(fā)展史及現(xiàn)狀

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動(dòng)通信發(fā)送機(jī)接收機(jī)傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息4

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動(dòng)通信發(fā)送機(jī)接收機(jī)傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息信息指用戶要求傳送的語音、圖像、數(shù)據(jù)以及它們的各種組合5用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動(dòng)通信發(fā)送機(jī)接收機(jī)傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶終端交換設(shè)備接入網(wǎng)電復(fù)接設(shè)備傳輸系統(tǒng)6

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動(dòng)通信發(fā)送機(jī)接收機(jī)傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息光纖通信經(jīng)過30年的技術(shù)發(fā)展目前正在淘汰著其他的有線通信方式7 現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱是光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信，而其中光纖通信是主體，這是因?yàn)楣饫w通信本身具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬，通信容量大損耗低，中繼距離長抗電磁干擾無串音干擾，保密性好光纖線徑細(xì)、重量輕、柔軟光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料8光纖通信技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)光纖通信時(shí)也具有如下缺點(diǎn)：光纖彎曲半徑不宜過小；光纖的切斷和連接操作相對(duì)復(fù)雜；分路、耦合相對(duì)麻煩。9光纖通信器件的發(fā)展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光1880年貝爾的光電話激光器(發(fā)送源）光纖(傳輸介質(zhì))1960Maiman發(fā)明紅寶石激光器1962半導(dǎo)體激光器誕生(GaAs870nm)70年代室溫工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD單模LD1951醫(yī)用玻璃纖維(損耗1000dB/km)1966高錕理論預(yù)言1970康寧制出低損耗光纖(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低損耗窗口光纖開發(fā)單模光纖10現(xiàn)代光通信的起源1880年，貝爾發(fā)明了第一個(gè)光電話，其原理是：將弧光燈的恒定光束投射在話筒的音膜上，隨聲音的振動(dòng)而得到強(qiáng)弱變化的反射光束。這一大膽的嘗試，可以說是現(xiàn)代光通信的開端。貝爾光電話和烽火報(bào)警一樣，都是利用大氣作為光通道，光波傳播易受氣候的影響，在大霧天氣，它的可見度距離很短，遇到下雨下雪天也有影響。11(1)光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖通信技術(shù)是30年來迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)，給世界通信技術(shù)乃至國民經(jīng)濟(jì)、國防事業(yè)和人民生活帶來了巨大變革。1966年，英籍華人高錕（C.K.Kao)預(yù)見利用玻璃可以制成衰減為20dB/Km的通信光導(dǎo)纖維（即光纖）。當(dāng)時(shí)世界上最優(yōu)秀的光學(xué)玻璃衰減高達(dá)1000dB/Km。1970年，美國康寧（Corning）公司首先研制成衰減為20dB/Km的光纖。從此，光纖就進(jìn)入了實(shí)用化的發(fā)展階段，世界各國紛紛開展光纖通信的研究。12光纖通信的發(fā)展史13

高錕（1933年出生），擁有英國和美國雙重國籍的物理學(xué)家、北京郵電大學(xué)名譽(yù)教授、2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。香港中文大學(xué)校長（1987年-1996年）、中科院外籍院士（1996年）。 1957年畢業(yè)于英國伍爾維奇理工學(xué)院電子工程專業(yè)1965年獲得倫敦帝國學(xué)院獲得電機(jī)工程博士學(xué)位 1960年，進(jìn)入ITT設(shè)于英國的歐洲中央研究機(jī)構(gòu)—標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)有限公司工作，成為光纖通訊領(lǐng)域的先驅(qū)。指出降低玻璃內(nèi)的過渡金屬雜質(zhì)離子是降低光纖衰耗的主要因素，后來研究發(fā)現(xiàn)OH離子對(duì)衰耗也有重要影響，通過限制上面兩方面的雜質(zhì)離子，1980年，光纖衰減就降低到了0.2dB/Km，接近理論值。這就使得長距離的光纖通信成為可能，這在光纖通信史上具有里程碑的意義。

(2)光纖通信系統(tǒng)中使用的光源經(jīng)歷了從發(fā)光二極管到半導(dǎo)體激光器的進(jìn)步。光探測(cè)器也達(dá)到了GHz的響應(yīng)靈敏度。目前，半導(dǎo)體激光器不僅可以在室溫下工作，而且其直接調(diào)制速率可以達(dá)到10Gbit/s乃至更高，逐漸滿足了高效率、高速率、低啁啾、大功率、長壽命等要求。光纖與光源的逐年進(jìn)步解決了衰減和色散問題，其結(jié)果是增加了光纖系統(tǒng)的通信容量。光探測(cè)器發(fā)展異常迅速。14

(3)90年代初，光放大器的問世引起了光纖通信技術(shù)的重大變革，這在光通信史上具有里程碑的意義。它節(jié)省了光電變換的中繼過程，而且實(shí)現(xiàn)了波長透明、速率透明和調(diào)制方式透明的光信號(hào)放大，從而誕生了采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)的新一代光纖系統(tǒng)商用化。光放大器都是由增益介質(zhì)、能源、輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)增益介質(zhì)的不同，目前主要有兩類光放大器：用活性介質(zhì)，如半導(dǎo)體材料和摻稀土元素（如Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm和Yb）的光纖，利用受激輻射機(jī)制實(shí)現(xiàn)光的直接放大，如半導(dǎo)體激光放大器和摻雜光纖放大器；基于光纖的非線性效應(yīng)，利用受激散射機(jī)制實(shí)現(xiàn)光的直接放大，如光纖喇曼放大器和光纖布里淵放大器。15在光纖放大器被新一代波分復(fù)用系統(tǒng)廣泛使用的同時(shí)，光纖放大器的研究和開發(fā)也在不斷進(jìn)步。最近五年，技術(shù)上已經(jīng)成熟的多種類型的光放大器（EDFA、GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA和RFA）已經(jīng)覆蓋了1365-1650nm波長范圍，使得在上述范圍內(nèi)實(shí)施波分復(fù)用成為可能。拉曼放大器（RA）利用了光纖中的拉曼散射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。由于受激拉曼散射效應(yīng)的閾值很高，隨作近年來大功率半導(dǎo)體激光器的研制成功，這項(xiàng)光放大技術(shù)已經(jīng)開始走向?qū)嵱谩９馔ㄐ糯翱谛碌膭澐郑?570-1604nm稱為L波段，短于1525nm的波長范圍稱為S波段，這個(gè)波段因?yàn)槿ü饫w的研制成功可以擴(kuò)展到1365nm。這兩個(gè)波段又可以分別稱為光通信的第4窗口和第5窗口。16光纖通信系統(tǒng)的新波段145014901530157016101650S+SCLL+

波長(nm)波段波長范圍(nm)帶寬(THz)光放大器應(yīng)用C1530-15705.0有長途干線C+L1530-16109.7有長途干線S+C+L1490-161015.0無城/局域網(wǎng)S++S+C+L+L+1450-165025.1無城/局域網(wǎng)全波1300-165048.9無城/局域網(wǎng)17光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程光纖通信追求目標(biāo):大容量、長距離技術(shù)發(fā)展：短波長-長波長、多模光纖-單模光纖、多模激光器-單模激光器通信系統(tǒng)容量：比特率-距離積BL，B比特率，

L中繼距離每秒鐘傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)目。18光纖通信技術(shù)的發(fā)展大體上可分為：工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s～10Gb/s100Km19光纖通信技術(shù)的發(fā)展大體上可分為:（續(xù)）工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（環(huán)路）1500Km光放大系統(tǒng)第五代1550nm單模單模波分復(fù)用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數(shù):8,16,64,128,1022超長傳輸距離:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究內(nèi)容WDM光網(wǎng)絡(luò)；全光分組交換；光時(shí)分復(fù)用；光孤子通信；新型的光器件20光纖通信超高速大容量長距離網(wǎng)絡(luò)化一根光纖中可同時(shí)傳輸一百多路信號(hào)，采用特殊技術(shù)甚至可以同時(shí)傳輸1022路單路速率不斷提升，已達(dá)到10、20、40Gb/s采用OTDM技術(shù)甚至可達(dá)640Gb/s各種通信技術(shù)的快速發(fā)展使上千甚至上萬公里的長距離傳輸成為可能全光網(wǎng)成為目前光通信領(lǐng)域最熱門的話題之一21從1980年以來的20年間，隨著光器件的發(fā)展和光系統(tǒng)的演進(jìn)，光傳輸系統(tǒng)的容量已從Mbit/s發(fā)展到Tbit/s，提高了近10萬倍。從理論上講，全光網(wǎng)絡(luò)是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換始終以光的形式實(shí)現(xiàn)，而不需要經(jīng)過光/電、電/光變換。也就是說，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程中始終在光域內(nèi)。在波分復(fù)用技術(shù)提出以后，波長本身成為組網(wǎng)（分插、交換、路由）的資源。伴隨著光分插復(fù)用（OADM）和光交叉聯(lián)接（OXC）技術(shù)的逐步成熟，原來被認(rèn)為只是提供帶寬傳輸?shù)墓鈱娱_始有了組網(wǎng)能力，因此成為最近幾年光通信研發(fā)的熱點(diǎn)。

WDM全光網(wǎng)絡(luò)是基于WDM技術(shù)，以波長作為組網(wǎng)資源，靈活可靠、性能穩(wěn)定的光網(wǎng)絡(luò)，它可以劃分為長途骨干網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和城域網(wǎng)三個(gè)等級(jí)。WDM全光網(wǎng)絡(luò)通過波長路由機(jī)制實(shí)現(xiàn)路由選擇，具有良好的可擴(kuò)展性、可重構(gòu)性和可操作性。全光網(wǎng)絡(luò)：22EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……Allservices

Networktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世紀(jì)的通信業(yè)務(wù)23全球通信業(yè)務(wù)需求估計(jì)用戶增加；每個(gè)用戶的業(yè)務(wù)量增加；服務(wù)質(zhì)量的提高；通信容量需求急增24關(guān)鍵原材料光纖預(yù)制棒網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備光纖光纜光傳輸/交換設(shè)備光無源器件光有源器件運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)集成商光纖通信的產(chǎn)業(yè)鏈25全球光纖通信主要供應(yīng)商26光纖網(wǎng)絡(luò)的分類27三種網(wǎng)絡(luò)的不同要求三種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有著不同的性質(zhì)決定了這三種網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備開發(fā)的不同考慮：Long-haul:CapacityMetro:SmartAccess:Cost28國內(nèi)現(xiàn)狀1963年開始光通信的研究1974年研究光纖通信“六五”、“七五”、“八五”鋪設(shè)“八縱八橫”光纖線路總長約七萬公里傳輸碼率：從140Mb/s~2.5Gb/s，10Gb/s，40Gb/s已開始研究。DFB（量子阱）激光器和EDFA研制成功，可供應(yīng)用高速電子器件、波導(dǎo)器件尚有差距2930NSFCnet網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)說明：NSFCnet（中國高速互連研究試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)）由六個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，以清華為匯接點(diǎn)構(gòu)成兩個(gè)環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，清華、北大和中科院三點(diǎn)構(gòu)成二纖雙向自愈環(huán)采用WDM傳輸技術(shù)，在清華和北大之間通過在實(shí)驗(yàn)室中加光纖進(jìn)行400公里廣域網(wǎng)模擬試驗(yàn)；在其它節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的環(huán)中采用單路SDH/SONET傳輸技術(shù)。31光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)是以光波為載體，光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的通信系統(tǒng)。32光纖通信系統(tǒng)的組成發(fā)送器：發(fā)送器的核心是一個(gè)光源，其主要功能就是將一個(gè)信息信號(hào)從電子格式轉(zhuǎn)換為光格式。可采用發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)作為光源。光纖：光纖通信系統(tǒng)中的傳輸介質(zhì)是光纖。接收器：光接收器的關(guān)鍵設(shè)備是光檢測(cè)器，其主要功能就是把光信息信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)(光電流)。當(dāng)今光纖通信系統(tǒng)中的光檢測(cè)器是個(gè)半導(dǎo)體光電二極管(PD)33光纖通信系統(tǒng)的分類光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量：多模光纖通信系統(tǒng)、單模光纖通信系統(tǒng)系統(tǒng)的工作波長：短波長光纖通信系統(tǒng)、長波長光纖通信系統(tǒng)、超長波長光纖通信系統(tǒng)；調(diào)制信號(hào)的類型：模擬光纖通信系統(tǒng)、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)；光源的調(diào)制方式：直接調(diào)制光纖通信系統(tǒng)、間接調(diào)制光纖通信系統(tǒng)34光發(fā)送器光發(fā)送器的主要核心是光源常用光源主要有：發(fā)光二極管；F-P腔半導(dǎo)體激光器；分布反饋式（DFB）半導(dǎo)體激光器；分布布拉格反射式（DBR)半導(dǎo)體激光器；351.發(fā)光二極管半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light-emittingDiode，LED)，通常應(yīng)用GaAlAs（鎵鋁砷）和InGaAsP（銦鎵砷磷）材料，可以覆蓋整個(gè)光纖通信系統(tǒng)使用波長范圍，典型值為0.85μm、1.31μm及1.55μm。按照器件輸出光的方式，可以將發(fā)光二極管分為三種類型結(jié)構(gòu)：表面發(fā)光二極管、邊發(fā)光二極管及超輻射發(fā)光二極管。LED一般用于低速系統(tǒng)。362.激光二極管在結(jié)構(gòu)上，半導(dǎo)體激光二極管(LaserDiode，LD)與其他類型的激光器是相同的主要由三部分構(gòu)成：激勵(lì)源、工作物質(zhì)及諧振腔。37 把信號(hào)加到光源上的方法有多種內(nèi)調(diào)制：直接調(diào)節(jié)光源的電流等外調(diào)制：采用如圖的電光調(diào)制器，一般采用電吸收調(diào)制器，和光源集成在一塊芯片上激光部分調(diào)制部分M-Z型電光調(diào)制器集成電吸收調(diào)制38光信號(hào)的調(diào)制常用光電接收器的材料有硅鍺等右圖為幾種常用材料的響應(yīng)曲線光電接收器的基本性能：響應(yīng)波長，敏感度，噪聲性能等Wavelengthnm50010001500SiliconGermaniumInGaAsQuantumEfficiency=10.10.539常見的光電接收器材料

PIN型光接收器PIN型光接收器的基本構(gòu)造如下圖所示：由三部分構(gòu)成p型半導(dǎo)體，n型半導(dǎo)體和中間層PIN型光接收器的工作原理40雪崩二極管（APD）的基本原理雪崩二極管的工作原理是：光在二極管中產(chǎn)生載流子，載流子在電場(chǎng)的作用下能量增加，在第二級(jí)產(chǎn)生放大41

APD型光接收器APD型光接收器的基本結(jié)構(gòu)如下圖APD型光接收器具有更好的敏感度，具有更高的速率。但工藝復(fù)雜，成本較高。42光纖連接器光纖連接器的作用是使兩根光纖的纖芯對(duì)準(zhǔn)，保證90%以上的光能夠通過。光纖活動(dòng)連接器是實(shí)現(xiàn)光纖之間活動(dòng)連接的光無源器件，它還具有將光纖與其他無源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行活動(dòng)連接的功能。43光纖連接器性能指標(biāo)光學(xué)性能，主要是插入損耗和回波損耗。插入損耗，即連接損耗，因連接器的導(dǎo)入而引起的鏈路有效光功率的損耗，不大于0.5dB；回波損耗，連接器對(duì)鏈路光功率反射的抑制能力，其典型值應(yīng)不少于25dB；互換性和重復(fù)性，指對(duì)同一類型光纖能任意組合使用，并可多次重復(fù)使用，由此而導(dǎo)入的附加損耗一般小于0.2dB；抗拉強(qiáng)度，不低于90N；工作溫度，在-40℃～70℃的溫度下能正常使用；插拔次數(shù)，能插拔1000次以上。44FC型光纖連接器FC是FerruleConnector的縮寫，表明其外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，F(xiàn)C類型的連接器，采用的陶瓷插針的對(duì)接端面是平面接觸方式(FC)。此類連接器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，制作容易，但光纖端面對(duì)微塵較為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來，對(duì)該類型連接器做了改進(jìn)，采用對(duì)接端面呈球面的插針(PC)，而外部結(jié)構(gòu)沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。45SC型連接器SC型光纖連接器外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，其中插針的端面多采用PC型或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不須旋轉(zhuǎn)。此類連接器價(jià)格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動(dòng)小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高。46ST型光纖連接器ST型光纖連接器外殼呈圓形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，其中插針的端面多采用PC型或APC型研磨方式；緊固方式為螺絲扣。此類連接器適用于各種光纖網(wǎng)絡(luò)，操作簡(jiǎn)便，且具有良好的互換性。47MT-RJ連接器MT-RJ帶有與RJ-45型LAN電連接器相同的閂鎖機(jī)構(gòu)，通過安裝于小型套管兩側(cè)的導(dǎo)向銷對(duì)準(zhǔn)光纖，為便于與光信號(hào)收發(fā)機(jī)相連，連接器端面光纖為雙芯(間隔0.75mm)排列設(shè)計(jì)，是主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呙芏裙膺B接器。

48LC型光纖連接器LC型光纖連接器是著名的Bell研究所研究開發(fā)出來的，采用操作方便的模塊化插孔(RJ)閂鎖機(jī)理制成。該連接器所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，為1.25m，提高了光配線架中光纖連接器的密度。目前，在單模SFF方面，LC類型的連接器實(shí)際已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，在多模方面的應(yīng)用也增長迅速。49MU型光纖連接器MU(MiniatureunitCoupling)光纖連接器是以SC型連接器為基礎(chǔ)研發(fā)的世界上最小的單芯光纖連接器。MU連接器系列包括用于光纜連接的插座型光連接器(MU-A系列)、具有自保持機(jī)構(gòu)的底板連接器(MU-B系列)以及用于連接LD/PD模塊與插頭的簡(jiǎn)化插座(MU-SR系列)等。該連接器采用1.25mm直徑的套管和自保持機(jī)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)在于能實(shí)現(xiàn)高密度安裝。50光纖配線架光纖配線架(ODF，OpticalFiberDistributionFrame)是光傳輸系統(tǒng)中一個(gè)重要的配套設(shè)備，它主要用于光纜終端的光纖熔接、光連接器安裝、光路的調(diào)接、多余尾纖的存儲(chǔ)及光纜的保護(hù)等，它對(duì)于光纖通信網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行和靈活使用有著重要的作用。光纖配線架作為光纜線路的終端設(shè)備擁有以基本功能固定功能熔接功能調(diào)配功能存儲(chǔ)功能。51壁掛式光纖配線架壁掛式光纖配線架可直接固定于墻體上，一般為箱體結(jié)構(gòu)，適用于光纜條數(shù)和光纖芯數(shù)都較小的場(chǎng)所。機(jī)架式光纖配線架可直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，適用于較大規(guī)模的光纖網(wǎng)絡(luò)。52機(jī)架式光纖配線架機(jī)架式配線架又分為兩種固定配置的配線架，光纖耦合器被直接固定在機(jī)箱上采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)光纜的數(shù)量和規(guī)格選擇相對(duì)應(yīng)的模塊，便于網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整和擴(kuò)展。

53光纖耦合器光耦合器是將光信號(hào)進(jìn)行分路或合路、插入、分配的一種器件。熔融拉錐法就是將兩根(或兩根以上)除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時(shí)向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法54光纖的結(jié)構(gòu)纖芯：折射率較高，用來傳送光；包層：折射率較低，與纖芯一起形成全反射；保護(hù)套：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。纖芯包層保護(hù)套55光纖中光波的傳輸原理-全反射n1n2空氣ABθMAX當(dāng)n1>n2、θ1>θc時(shí)發(fā)生全反射θc：臨界角只要滿足全內(nèi)反射條件連續(xù)改變?nèi)肷浣堑娜魏喂馍渚€都能在光纖纖芯內(nèi)傳輸56纖芯在光纖的構(gòu)造中，纖芯是主體，其結(jié)構(gòu)是否合理，與光纖的安全運(yùn)行關(guān)系很大。一般來說，纖芯結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下基本要求光纖在纖芯內(nèi)處于最佳位置和狀態(tài)，保證光纖傳輸性能穩(wěn)定，在光纜受到一定的拉力、側(cè)壓力等外力時(shí)，光纖不受外力影響；其次，纖芯內(nèi)的金屬線對(duì)也應(yīng)得到妥善安排，并保證其電氣性能；另外，纖芯截面應(yīng)盡可能小，以降低成本和節(jié)省敷設(shè)空間。57護(hù)層光纖護(hù)層同電纜護(hù)層的情況一樣，是由護(hù)套和外護(hù)層構(gòu)成的多層組合體。光纖護(hù)層的作用是進(jìn)一步保護(hù)光纖，使光纖能適應(yīng)在各種場(chǎng)地敷設(shè)，如架空、管道、直埋、室內(nèi)、過河、跨海等。對(duì)于采用外周加強(qiáng)元件的光纜結(jié)構(gòu)，護(hù)層還需提供足夠的抗拉、抗壓、抗彎曲等機(jī)械特性方面的能力。58光纖的基本結(jié)構(gòu)光纖的基本結(jié)構(gòu)按纜芯組件的不同一般可以分為層絞式、骨架式、束管式和帶狀式四種。我國及歐亞各國用的較多的是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層絞式和骨架式兩種。59層絞式結(jié)構(gòu)層絞式光纖的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，故又稱為古典式光纖。60骨架式結(jié)構(gòu)骨架式光纜中的光纖置放于塑料骨架的槽中，槽的橫截面可以是V形、U形或其他合理的形狀，槽的縱向呈螺旋形或正弦形，一個(gè)空槽可放置5~10根一次涂覆光纖。61束管式結(jié)構(gòu)束管式結(jié)構(gòu)的光纜近年來得到了較快的發(fā)展。它相當(dāng)于把松套管擴(kuò)大為整個(gè)纖芯，成為一個(gè)管腔，將光纖集中松放在其中。62帶狀式結(jié)構(gòu)帶狀式結(jié)構(gòu)的光纜首先將一次涂覆的光纖放入塑料帶內(nèi)做成光纖帶，然后將幾層光纖帶疊放在一起構(gòu)成光纜芯63光纜的分類光纜的傳輸性能、距離和用途：市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜；光纖的種類：多模光纜、單模光纜；光纖套塑的種類：緊套光纜、松套光纜、束管式新型光纜和帶狀式多芯單元光纜；光纖芯數(shù)：?jiǎn)涡竟饫|和多芯光纜等等；加強(qiáng)構(gòu)件的配置方式：中心加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如層絞式光纜、骨架式光纜等)、分散加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如束管式光纜)和護(hù)層加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如帶狀式光纜)；敷設(shè)方式：管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜護(hù)層材料性質(zhì)：普通光纜、阻燃光纜和防蟻、防鼠光纜等64光纜的型號(hào)光纜的型式代號(hào)是由分類、加強(qiáng)構(gòu)件、派生(形狀、特性等)、護(hù)套和外護(hù)層五部分組成。65光纜的分類代號(hào)及意義GY：通信用室(野)外光纜；GR：通信用軟光纜；GJ：通信用室(局)內(nèi)光纜；GS：通信用設(shè)備內(nèi)光纜；GH：通信用海底光纜；GT：通信用特殊光纜；GW：通信用無金屬光纜。66加強(qiáng)構(gòu)件的代號(hào)及意義無符號(hào)：金屬加強(qiáng)構(gòu)件；F：非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；G：金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；H：非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。67派生特征的代號(hào)及其意義B：扁平式結(jié)構(gòu)；Z：自承式結(jié)構(gòu)；T：填充式結(jié)構(gòu)；S：松套結(jié)構(gòu)。 注：當(dāng)光纜型式兼有不同派生特征時(shí)，其代號(hào)字母順序并列。68護(hù)套的代號(hào)及其意義Y：聚乙烯護(hù)套；V：聚氯乙烯護(hù)套；U：聚氨酯護(hù)套；A：鋁、聚乙烯護(hù)套；L：鋁護(hù)套；Q：鉛護(hù)套；G：鋼護(hù)套；S：鋼、鋁、聚乙烯綜合護(hù)套。69外護(hù)層的代號(hào)及其意義外護(hù)層是指鎧裝層及鎧裝層外面的外被層，參照國標(biāo)GB2952-82的規(guī)定，外護(hù)層采用兩位數(shù)字表示。70光纖的規(guī)格代號(hào)光纖的規(guī)格代號(hào)由光纖數(shù)目、光纖類別、光纖主要尺寸參數(shù)、傳輸性能和適用溫度五部分組成，各部分均用代號(hào)或數(shù)字表示。71光纖數(shù)目用光纜中同類別光纖的實(shí)際有效數(shù)目的阿拉伯?dāng)?shù)字表示。72光纖類別的代號(hào)及其意義J：二氧化硅系多模漸變型光纖；T：二氧化硅系多模階躍型(突變型)光纖；Z：二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖；D：二氧化硅系單模光纖；X：二氧化硅纖芯塑料包層光纖；S：塑料光纖。73光纖的主要尺寸參數(shù)代號(hào)及其意義用阿拉伯?dāng)?shù)字(含小數(shù)點(diǎn))以μm為單位表示多模光纖的芯徑/包層直徑或單模光纖的模場(chǎng)直徑/包層直徑。74傳輸性能代號(hào)及其意義光纖的傳輸特性代號(hào)是由使用波長、損耗系數(shù)、模式帶寬的代號(hào)(分別為a、bb、cc)構(gòu)成。a表示使用波長的代號(hào)，其數(shù)字代號(hào)規(guī)定為： 使用波長在0.85μm區(qū)域； 使用波長在1.31μm區(qū)域； 使用波長在1.55μm區(qū)域。bb表示損耗系數(shù)的代號(hào)，其數(shù)字依次為光纜中光纖損耗系數(shù)值(dB/km)的個(gè)位和十分位。cc表示模式帶寬的代號(hào)，其數(shù)字依次是光纜中光纖模式帶寬數(shù)值(MHz·km)的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項(xiàng)。同一光纜適用于兩種以上的波長，并具有不同的傳輸特性時(shí)，應(yīng)同時(shí)列出各波長上的規(guī)格代號(hào)，并用"/"劃開。75適用溫度代號(hào)及其意義A：適用于-40℃~+40℃；B：適用于-30℃~+50℃；C：適用于-20℃~+60℃；D：適用于-5℃~+60℃。76光電器件的簡(jiǎn)易檢測(cè)在沒有測(cè)試條件的情況下，也可以借助于指針式萬用表對(duì)光電檢測(cè)器件進(jìn)行簡(jiǎn)易的測(cè)試。這種測(cè)試方法主要是檢查光電檢測(cè)器件PN結(jié)的好壞：PN結(jié)好不能保證器件具有好的特性，而PN不好的器件其質(zhì)量絕對(duì)不會(huì)好。77光接收機(jī)光接收機(jī)的主要部件是光電檢測(cè)器，它直接從接收到的光信號(hào)中將基本調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。光接收機(jī)的性能指標(biāo)：靈敏度：在一定誤碼率或信噪比(有時(shí)還要加上信號(hào)波形失真量)條件下，光接收機(jī)需要接收的最小平均光功率(有時(shí)也稱為平均最小輸入光功率)。動(dòng)態(tài)范圍：在一定誤碼率或信噪比(有時(shí)還要加上信號(hào)波形失真量)條件下，光接收機(jī)允許的光信號(hào)平均光功率的變化范圍。78光放大器光纖的中繼距離受光纖的損耗和色散的限制。就損耗而言，目前光纖損耗典型值在1.31μm波段為0.35dB/km左右，在1.55μm波段為0.25dB/km左右。以1989年誕生的摻鉺光纖放大器(EDFA,ErbiumDopedFiberAmplifier)代表的光放大器技術(shù)可以說是光纖通信技術(shù)上的一次革命。光放大器在光纖通信系統(tǒng)目前最重要的應(yīng)用就是促使了波分復(fù)用技術(shù)(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)走向?qū)嵱没?9光放大器的分類光放大器按原理不同大體上有三種類型摻雜光纖放大器。 利用稀土金屬離子作為激光工作物質(zhì)的一種放大器。傳輸光纖放大器。 有受激喇曼散射(SRS)光纖放大器、受激布里淵散射(SBS)光纖放大器和利用四波混頻效應(yīng)(FWM)的光放大器等。半導(dǎo)體激光放大器。 結(jié)構(gòu)大體上與激光二極管相同。80光纖通信復(fù)用技術(shù)目前光纖通信單信道實(shí)用化系統(tǒng)的傳輸速率發(fā)展到了10Gbit/s，線路的利用率有了很大提高，但與光纖巨大的帶寬潛力相比還微不足道。電復(fù)用技術(shù)目前在實(shí)驗(yàn)室雖可以達(dá)到40Gbit/s的水平，但受電子遷移速率的限制，進(jìn)一步提高速率已經(jīng)十分困難。要克服電復(fù)用的這一“瓶頸”，進(jìn)一步提高光纖頻帶的利用率，只有采用光復(fù)用技術(shù)。81時(shí)分復(fù)用(OTDM)利用高速光開關(guān)把多路光信號(hào)在時(shí)域里復(fù)用到一路上的技術(shù)?；驹恚涸诎l(fā)送端的同一載波波長上，把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙，然后根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使每個(gè)信源在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向信道發(fā)送信號(hào)，接收端在同步的條件下，分別在各個(gè)時(shí)隙中取回各自的信號(hào)而不混擾。利用光時(shí)分復(fù)用技術(shù)可以獲得較高的速率帶寬比，可克服摻鉺光纖放大器(EDFA)增益不平坦、四波混頻(FWM)非線性效應(yīng)等諸多因素限制，而且可解決復(fù)用端口的競(jìng)爭(zhēng)，增加全光網(wǎng)絡(luò)的靈活性。但由于其關(guān)鍵技術(shù)比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的器件特別昂貴，制作和實(shí)現(xiàn)均很困難，并且由于偏振模色散對(duì)高速信號(hào)的限制，所以這項(xiàng)技術(shù)遲遲沒有得到很大的發(fā)展和應(yīng)用。

82波分復(fù)用（WDM）在一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)?；驹恚涸诎l(fā)送端將不同波長的光信號(hào)組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長的光信號(hào)分開，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送人不同的終端。目前研究最多、發(fā)展最快、應(yīng)用最為廣泛的光復(fù)用技術(shù)。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展和應(yīng)用，波分復(fù)用技術(shù)已趨于成熟，而且越來越成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)中不可替代的傳輸技術(shù)。目前，波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸容量正以極快的速度增長，直接基于WDM傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)也越來越多。為了進(jìn)一步提高光纖帶寬利用率，相鄰兩光載波的間隔將越來越小，一般認(rèn)為：當(dāng)相鄰光載波的間隔小到0.1nm(1OGHz)以下時(shí)，此時(shí)的復(fù)用稱為光頻分復(fù)用。83光碼分復(fù)用（OCDM）CDM(CodeDivisionMultiplexing)技術(shù)和光纖通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物在這種復(fù)用技術(shù)中，每個(gè)信道不是占用一個(gè)給定的波長、頻率或者時(shí)隙，而是以一個(gè)特有的編碼脈沖序列方式來傳送其比特信息?；驹恚翰煌诺赖男盘?hào)用互成正交的不同碼序列來填充，經(jīng)過填充的信道信號(hào)調(diào)制在同一光波上在光纖信道中傳輸，接收端用與發(fā)送方向相同的碼序列進(jìn)行相關(guān)接收，即可恢復(fù)出原信道的信號(hào)。84光副載波復(fù)用（OSCM）將基帶信號(hào)首先調(diào)制到GHz的副載波上，再把副載波調(diào)制到THz的光載波上。每個(gè)信道具有不同的副載波頻率，占據(jù)光載波附近光譜的不同部分，從而保證各信道上信號(hào)互不干擾。副載波信道的復(fù)用和解復(fù)用是在電域而不是在光域進(jìn)行的，因此，副載波復(fù)用具有幾個(gè)信道能夠共用一個(gè)價(jià)格昂貴的光器件，降低設(shè)備成本。像電時(shí)分復(fù)用一樣，副載波復(fù)用受限于電、光器件的可用帶寬，從而限制了最高副載波頻率和數(shù)據(jù)率。要想更多地利用光纖的帶寬，副載波復(fù)用技術(shù)可以與波分復(fù)用技術(shù)聯(lián)合使用。85光密集波分復(fù)用（DWDM）波分復(fù)用系統(tǒng)中，當(dāng)復(fù)用的波長數(shù)增多，使得每個(gè)復(fù)用波長間的間隔不到1納米(nm)時(shí)，這種復(fù)用技術(shù)稱作密集波分復(fù)用(DWDM)。DWDM復(fù)用技術(shù)中涉及如下關(guān)鍵技術(shù)：傳輸光纖：偏振模色散（PMD）、色散補(bǔ)償是長距離大容量WDM系統(tǒng)必然遇到的問題，如果想得到一個(gè)又寬又平的波段。那么對(duì)色散補(bǔ)償器件的色散和色散斜率同時(shí)有一定要求。DWDM光源：光網(wǎng)絡(luò)對(duì)光源的要求是高速（大容量）、低啁啾（以提高傳輸距離）、工作波長穩(wěn)定，為此要研究開發(fā)高速、低啁啾、工作波長可調(diào)且高度穩(wěn)定的光源。集成光源是首選方案，激光器與調(diào)制器的集成兼有了激光器波長穩(wěn)定、可調(diào)與調(diào)制器的高速、低啁啾等功能。86DWDM探測(cè)器：波長可調(diào)諧的窄帶光探測(cè)器是WDM光網(wǎng)絡(luò)中一種高效率、高信噪比的下載話路的光接收技術(shù)。為了使系統(tǒng)的尺寸大大降低，可考慮將前置放大電路和探測(cè)器集成在一起。該類器件的每個(gè)探測(cè)器必須對(duì)應(yīng)不同的信道，所以探測(cè)器必須是窄帶的，同時(shí)響應(yīng)的峰值波長必須對(duì)準(zhǔn)信道的中心波長，所以響應(yīng)帶寬必須在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧。此外要求探測(cè)器間的串?dāng)_要小。共振腔增強(qiáng)型（RCE）光探測(cè)器集窄帶可調(diào)諧濾波器與探測(cè)器于一體，是這類探測(cè)器的首選方案。87

波長轉(zhuǎn)換：全光波長轉(zhuǎn)換模塊在接入端應(yīng)用是對(duì)從路由器或其它設(shè)備來的光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將非匹配波長上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換到符合ITU規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長上然后插入到光耦合器中；而當(dāng)它用于波長交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，它對(duì)光通路進(jìn)行交換和執(zhí)行波長重用功能，因此它在波長路由全光網(wǎng)中有著非常巨大的作用。寬帶透明性和快速響應(yīng)是波長轉(zhuǎn)換器的基本要求。在全光波長交換的多種（包括交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻、非線性光學(xué)環(huán)鏡）技術(shù)中，最有前途的全光轉(zhuǎn)發(fā)器是在半導(dǎo)體光放大器（SOAs）中基于交叉相位調(diào)制原理集成的Mach-Zehnder干涉儀（MZI）或Michelson干涉儀（MI）而構(gòu)成的帶波長轉(zhuǎn)換器，它被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高速、大容量光網(wǎng)絡(luò)中波長轉(zhuǎn)換的理想方案。88光放大器：為了克服光纖中的衰減就需要放大器?，F(xiàn)在摻鉺光纖放大器EDFA已被廣泛應(yīng)用于長距離通信系統(tǒng)中，它能在1550nm窗口提供30nm左右的平坦增益帶寬。對(duì)于寬帶EDFA放大器特別需要在整個(gè)WDM帶寬上的增益平坦特性。日前己有基于摻鉺光纖的雙帶光纖放大器DBFA（Dual-bandfiberamplifier），其帶寬可覆蓋1528～1610nm范圍。英國帝國學(xué)院（UKImperialCollege）研制了寬帶的喇曼放大器。受激拉曼放大（StimulatedRamanAmplify）是在常規(guī)光纖中直接加入光泵功率，利用光纖的非線性使光信號(hào)放大的。單光泵的喇曼放大的增益帶寬較窄，采用波長為1420nm和1450nm兩個(gè)光泵的喇曼放大器可得到很寬的帶寬（1480～1620nm）。喇曼放大的增益可達(dá)30dB，噪聲系數(shù)小于6dB。光泵功率為860mW。89光分插復(fù)用器（OADM）:光分插復(fù)用器OADMs（OpticalAdd/DropMuxs）實(shí)現(xiàn)在WDM光纖中有選擇地上／下特定的任何速率、格式和協(xié)議類型的所需光波長信道。它是高速大容量WDM光纖網(wǎng)絡(luò)與用戶接口的界面。OADM一般是復(fù)用器、解復(fù)用器、光開關(guān)陣列的單片集成或混合集成?？烧{(diào)波長工作的OADM器件正在開發(fā)之中，并且已取得突破性進(jìn)展。90光交叉連接器（OXC）:WDM光網(wǎng)絡(luò)間的交叉互連也將逐步過渡到完全采用光的形式進(jìn)行。國際上已經(jīng)有單片集成OXC的實(shí)驗(yàn)室工作報(bào)道，但是更多的工作是集中在其中的關(guān)鍵器件上，主要有為了解決網(wǎng)絡(luò)阻塞和合理利用網(wǎng)絡(luò)資源的波長轉(zhuǎn)換器件。AWG（ArrayW