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淺談光纖通信

來源:UC論文網2019-04-12 10:46

摘要:

  【摘要】近年來隨著IP業務量的爆炸式增長,電信網正開始向下一代可持續發展的方向發展。光傳輸網是下一代網絡的物理基礎。光纖通信即將進入蓬勃發展的新高潮。本文主要介紹光纖通信的原理、優點、種類以及常見的光纖故障。  【關鍵詞】光纖通信,原理,種類,特性  作者:楊志斌  中圖分類號:TN文獻標識碼:A文章編號:1009-914X(2013)35-039-01  光纖通信是以光波為載頻,以光導纖維為...

  【摘要】近年來隨著IP業務量的爆炸式增長,電信網正開始向下一代可持續發展的方向發展。光傳輸網是下一代網絡的物理基礎。光纖通信即將進入蓬勃發展的新高潮。本文主要介紹光纖通信的原理、優點、種類以及常見的光纖故障。


  【關鍵詞】光纖通信,原理,種類,特性


  作者:楊志斌


  中圖分類號:TN文獻標識碼:A文章編號:1009-914X(2013)35-039-01


  光纖通信是以光波為載頻,以光導纖維為傳輸媒質的一種通信方式。1966年英籍華人高錕博士首次提出了光導纖維的概念。1970年,美國康寧公司生產出了衰減為20dB/km的光導纖維,同年美國貝爾實驗室實現了GaA1As半導體激光器室溫下的連續工作。這兩項重要成果的問世,揭開了光纖通信的序幕,一種嶄新的通信方式由此誕生。


  其簡單工作原理為:電發射端機將用戶信息進行模/數轉換和時分復用,光發射端機將含有用戶信息的電信號轉變成光信號送入光纖,光信號在光纖中傳輸并通過中繼器到光接收端機,然后將接收到的光信號轉變成電信號,經放大和處理后輸出相應的電信號。電接收端機的作用是完成數/模變換和信息分路,將所傳信號送給相應的用戶,從而完成整個傳輸過程。


  光纖通信之所以能夠飛速發展,是由于它具有以下的突出優點而決定。


  1.傳輸頻帶寬、通信容量大


  由信息理論知道,載波頻率越高通信容量越大,因目前使用的光波頻率比微波頻率高103~104倍,所以通信容量約可增加103~104倍。


  2.損耗低


  目前使用的光纖均為SiO2(石英)系光纖,要減少光纖損耗,主要是靠提高玻璃纖維的純度來達到,由于目前制成的SiO2玻璃介質的純凈度高,所以光纖的損耗極低。在光波長λ=1.55μm附近,衰減有最低點,可低至0.2dB/km,已接近理論極限值。


  由于光纖的損耗低且是非金屬的介質材料,因此,中繼距離可以很長,在通信線路中可減少中繼站的數量,降低成本且提高了通信質量,不受電磁的干擾。


  3.線徑細、重量輕


  由于光纖的直徑很小,只有0.1mm左右,因此制成光纜后,直


  徑要比電纜細,而且重量也輕。這樣在長途干線或市內干線上,空間利用率高,而且便于制造多芯光纜。


  4.資源豐富


  光纖通信除上述主要優點之外,還有抗化學腐蝕等特點。當然,光纖本身也有缺點,如光纖質地脆、機械強度低;要求比較好的切斷、連接技術;分路、耦合比較麻煩等。但這些問題隨著技術的不斷發展,都是可以克服的。


  一.光纖的結構


  目前通信用的光纖是石英玻璃(SiO2)制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體。未經涂覆和套塑料時稱為裸光纖,由纖芯和包層組成。由于石英玻璃質地脆、易斷裂,為了保護光纖表面,提高抗拉強度以及便于使用,一般需在裸光纖外面進行兩次涂覆而構成光纖芯線,光纖芯線是由纖芯、包層、涂覆層及套塑四部分組成。


  二.光纖的種類


  1.光纖按照折射率分布不同來分均勻光纖(突變型光纖)和非均勻光纖(漸變形光纖)兩種。


  2.光纖按照傳輸的總模數來分單模光纖和多模光纖。


  單模光纖(SM———Single-modefiber)


  單模光纖的纖芯直徑很小約為4~10μm,理論上只傳輸一種模式。由于單模光纖只傳輸主模,從而完全避免了模式色散,使得這種光纖的傳輸頻帶很寬,傳輸容量很大,適用于大容量、長距離的光纖通信。


  目前,ITU-T已經在G.652、G.653、G.654和G.655中分別定義了4種不同設計的單模光纖。其中G.652光纖就是目前廣泛使用的單模光纖,稱為1310nm波長性能最佳的單模光纖,它同時具有1310nm和1550nm兩個窗口,零色散點位于1310nm窗口,而最小衰減窗口位于1550nm窗口;G.653光纖稱為1550nm波長性能最佳的單模光纖,主要應用于1550nm工作波長區;G.654光纖稱為截止波長移位單模光纖,主要應用于需要很長再生段距離的海底光纖通信;G.655光纖是非零色散移位單模光纖,適于密集波分復用(DWDM)系統應用。


  多模光纖(MM———Multi-modefiber)


  在一定的工作波長下,當有多個模式在光纖中傳輸時,則這種光纖稱為多模光纖。多模光纖的纖芯直徑一般為50~75μm。多模光纖剖面折射率的分布,有均勻的和非均勻的,前者稱為多模均勻光纖,后者稱為多模非均勻光纖。


  三.光纖的損耗特性和色散特性


  損耗特性和色散特性是光纖的兩個主要特性。


  1.光纖的損耗特性光波在光纖中傳輸,隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降,這就是光纖的傳輸損耗。光纖的每單位長度的損耗,直接關系到光纖通信系統傳輸距離的長短。


  形成光纖損耗的原因很多,有來自光纖本身的損耗,也有光纖與光源的耦合損耗以及光纖之間的連接損耗。


  2.光纖的色散特性光纖中光信號中的不同頻率成分或不同模式,在光纖中傳輸時,由于速度的不同而使得傳播時間不同,因此造成光信號中的不同頻率成分或不同模式到達光纖終端有先有后,從而產生波形畸變的一種現象。


  這種現象表現在傳一個脈沖信號時,光脈沖將隨著傳輸距離的延長,脈沖的寬度越來越被展現。


  光纖的色散包括模式色散、材料色散和波導色散三種。


  四.光纜的結構和種類


  為了把光纖敷設到實際線路中,并在運行中經受實際環境的侵擾,必須對被覆蓋光纖再施保護,做成光纜。光纜的種類很多,但不論光纜的具體結構形式如何,都是由纜芯、護套和加強元件組成。


  按照纜中光纖數分為單芯光纜和多芯光纜。


  五.常用測試儀表的用途和常見的光纖故障


  對運行中光纜線路的維護主要是及時發現問題和正確處理問題。


  1.光時域反射儀(OTDR)簡稱光時域計,它是通過被測光纖中產生的背向瑞利散射信號來工作的,所以又叫做背向散射儀。主要用來測量光纖的長度、光纖故障點、光纖衰耗以及光纖接頭損耗等。是光纖生產、施工和維護中不可缺少的儀表。


  OTDR由激光源將一束光脈沖發射到被測光纖中。通常要選擇脈沖的寬度。由被測光纖鏈路特性及光纖本身特性反射回的信號返回OTDR。信號通過一耦合器到接收機,在那里光信號被轉換為電信號。最后經分析并顯示在屏幕上。


  由時間值乘以光在光纖中的速度即得到距離,這樣,OTDR可以顯示返回的相對光功率對距離的關系。有了這個信息,就可得出有關鏈路的非常重要的特性如下:


  距離:鏈路上特征點(如接頭、彎曲點等)的位置,鏈路的距離等。


  ①損耗:單個光纖接頭的損耗。②衰減:鏈路中光纖的衰減。③反射:一事件的反射大小,如活接頭。


  2.光功率計光通信離不開光功率這個重要參數。發送機輸出光功率、接收光功率、接收靈敏度和動態范圍的測量,實際上也是在滿足一定誤碼率條件下測量能接收的最小光功率和最大光功率。光纖衰耗、接頭衰耗的測量、實際上也是測量光纖兩端的光功率。而光功率計就是測量光功率的儀表,所以它是光通信科研、生產、施工維護中必備的儀表之一。


  六、結束語


  電信網正開始向下一代可持續發展的方向發展,而構筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網絡的物理基礎。從光纖通信的發展現狀與趨勢來看,完全有理由認為光纖通信進入了又一次蓬勃發展的新高潮。而這一次發展高潮涉及的范圍更廣,技術更新更難,影響力更大和影響面更寬,勢必對整個電信網和信息業產生更加深遠的影響。它的演變和發展結果將在很大程度上決定電信網和信息業的未來大格局,也將對下一世紀的社會經濟發展產生巨大影響。


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