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光纖通信技術基礎 淺析光纖通信技術的優(yōu)缺點

2015-08-28 12:13:52

光纖通信技術是以光波為信號載體,以光導玻璃纖維為傳輸媒質的一種通信方式,在現代通信網中起著舉足輕重的作用?! 」饫w與以往的銅導線相比,具有損耗低、頻帶寬、無電磁感應等傳輸特點,因此,人們希望將光纖作為...



光纖通信技術是以光波為信號載體,以光導玻璃纖維為傳輸媒質的一種通信方式,在現代通信網中起著舉足輕重的作用。
  光纖與以往的銅導線相比,具有損耗低、頻帶寬、無電磁感應等傳輸特點,因此,人們希望將光纖作為靈活性強且經濟的優(yōu)質傳輸介質,廣泛地應用于數字傳輸方式和圖像通信方式中。這兩種通信方式在今后電話業(yè)務的發(fā)展中是不可缺少的。
  光纖和以往的銅導線相比有本質的區(qū)別,因此,在傳輸理論、制造技術、連接方法、測試方法等方面,基本上都不能采用銅質電纜的理論和方法。
  光纖通信具有一系列優(yōu)異的特性,因此,光纖通信技術在80年代初投入商用以來發(fā)展速度之快,應用面之廣是通信史上罕見的??梢哉f這種新興技術,是世界新技術革命的重要標志,又是未來信息社會中各種信息網的主要傳輸工具。
  光纖通信技術基礎的基本知識
  光纖是光導玻璃纖維的簡稱,就是用來導光的透明介質纖維,它是一種新型的光波導。光纖外徑一般為125~140μm,芯徑一般為3~100μm。  一、光纖的結構
  一根實用化的光纖是由多層透明介質構成的,一般為同心圓柱形細絲,為軸對稱結構,一般可以分為三部分:折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層
  光纖的結構一般是雙層或多層的同心圓柱體。中心部分是纖芯,纖芯以外的部分稱為包層。纖芯的作用是傳導光波,包層的作用是將光波封閉在光纖中傳播。為了達到傳波的目的,需要使光纖材料的折射率n1,大于包層材料的折射率n2。為了實現纖芯和包層的折射率差,必須使纖芯和包層材料有所不同。目前實用的光纖主要是石英。如果在石英中摻入折射率高于石英的摻雜劑,則就可作為纖芯材料。同樣如果在石英中摻入折射率比石英低的摻雜劑,則就可以作為包層材料,經過這樣摻雜后,上述的目的就可達到了。也就是說,光纖是由兩種不同折射率的玻璃材料拉制而成的。
  光纖的分類。
  光纖的分類方法很多,可以按材料性質、折射率分布、套塑方式及按照ITU-T建議分類等進行分類。下面介紹通信光纖的分類
  (1)按光纖的制造材料分類,按照光纖制造材料的不同,光纖可分為玻璃(石英)光纖和塑料光纖。
  (2)按傳輸模的數量,可分為多模光纖和單模光纖。
  (3)按光纖的工作波長分類,石英光纖按波長分類,可分為短波長光纖的和長波長光纖。
  (4)按套塑結構分類可分為緊套光纖和松套光纖。
  (5)按照ITU—T建議分類
  為了使光纖具有統(tǒng)一的國際標準,國際電信聯盟—電信小組(ITU—T)制訂了統(tǒng)一的光纖標準(G標準)。按照ITU—T關于光纖的建議,可以將光纖分為G.651光纖(又稱為漸變型多模光纖)G.652光纖(又稱為常規(guī)單模光纖或1.31μm性能最佳單模光纖)G.653光纖(又稱為色散位移光纖—DSF)G.654光纖(又稱為1550nm性能最佳單模光纖)G.655光纖(又稱為非零色散位移光纖,主要包括非零色散位移光纖NZDSF和大有效面積光纖LEAF)等。
  光纖的結構一般是雙層或多層的同心圓柱體。中心部分是纖芯,纖芯以外的部分稱為包層。纖芯的作用是傳導光波,包層的作用是將光波封閉在光纖中傳播。為了達到傳波的目的,需要使光纖材料的折射率n1,大于包層材料的折射率n2。為了實現纖芯和包層的折射率差,必須使纖芯和包層材料有所不同。目前實用的光纖主要是石英。如果在石英中摻入折射率高于石英的摻雜劑,則就可作為纖芯材料。同樣如果在石英中摻入折射率比石英低的摻雜劑,則就可以作為包層材料,經過這樣摻雜后,上述的目的就可達到了。也就是說,光纖是由兩種不同折射率的玻璃材料拉制而成的。
  光纖通信與電通信方式的主要差異有兩點:一是用光波作為載波傳輸信號,即傳輸的是光信號;二是用光導纖維構成的光纜作為傳輸線路,即以光纖作為媒質傳輸手段。因此,在光纖通信中起主導作用的是產生光波的激光器和傳輸光波的光導纖維。半導體激光器的發(fā)光面積很小,它輸出穩(wěn)定而且方向性極好的激光,激光可以運載巨大的信息量。光纖是一種介質光波導,具有把光封閉在其中并沿軸向進行傳播的導波結構。它是由直徑大約只有0.1mm的細玻璃絲構成。
  光纖通信之所以能夠飛速發(fā)展和受到人們的極大重視,這是因為和其它通信手段相比,具有無以倫比的優(yōu)越性而決定的。
  1.傳輸頻帶寬、通信容量大
  理論講,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。一根僅有頭發(fā)絲粗細的光纖可以同時傳輸1000億個話路。雖然目前遠遠未達到如此高的傳輸容量,但用一根光纖同時傳輸24萬個話路的試驗已經取得成功,它比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。
  2.傳輸損耗低
  目前實用的光纖均為sio2(石英)系光纖,要減小光纖損耗,主要是靠提高玻璃纖維的純度來達到,由于目前制成的sio2玻璃介質的純凈度極高,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。
  3.不受電磁干擾
  光纖由電絕緣的石英材料制成,絕緣性能好,不受各種電磁場的干擾和
  閃電雷擊的損壞。無金屬光纜非常適合于存在強電磁場干擾的高壓電力線路周圍和油田、煤礦等易燃易爆環(huán)境中使用。因此,光纖通信不受電磁的干擾,這是電通信所不能比擬的。
  4.中繼距離長
  由于光纖具有極低的衰耗系數(目前商用化石英光纖已達0.19dB/km以下),這是傳統(tǒng)的電纜(1.5km)微波(50km)等根本無法與之相比擬的。因此光纖通信特別適用于長途一、二級干線通信,在不久的將來實現全球無中繼的光纖通信也是完全可能的。
  5.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,如8芯光纜的橫截面直徑約10mm,而標準同軸電纜為47mm。這樣在長途干線或市內干線上,空間利用率高,節(jié)約了地下管道的建設投資;而且重量也輕,便于制造多芯光纜。
  6.資源豐富
  光纖的材料主要是石英(二氧化硅),在地球上是取之不盡用之不竭的,并且很少的原材料就可拉制出很長的光纖。例如,40克高純度的石英玻璃,可拉制1km的光纖。
  7.撓性好
  光纖經過表面涂敷后,彎曲直徑為3mm不會折斷。因此,用光纖制成的光纜與銅線制成的電纜有同樣好的撓性。
  8.不怕潮濕,耐高壓,抗腐蝕
  光纖是玻璃制成的,不怕潮濕,不會銹蝕,石英玻璃的熔點在2000℃以上,而一般明火的溫度在1000℃左右。因此,光纖耐高溫,光纖的化學穩(wěn)定性好,抗腐蝕能力強,可以在具有有害氣體環(huán)境下工作。
  9.安全保密
  在傳輸過程中,光波在光纖中傳輸是不會跑出光纖之外的,即使在轉彎處,彎曲半徑很小時,漏出的光波也十分微弱。如果在光纖的表面涂上一層消光劑,光纖中的光就完全不能跑出光纖。這樣,用什么方法也無法在光纖外面竊聽光纖中傳輸的信息了。此外,由于光纖中的光不會跑出來,在電通信中常見的串音現象就不存在了。同時,它也不會干擾其它通信設備或測試設備。
  當然,在光纖通信中,同樣也存在著很多不足?! ?.光纖性質脆,需要適當地涂敷加以保護。此外,為了保證能承受一定的敷設張力,在光纖結構上也需要多加考慮。  2.切斷和連接光纖時,需要高精度的切斷接續(xù)技術,這在電纜連接時是沒有的?! ?.分路耦合不方便?! ?.光纖不能輸送中繼器所需要的電能。5.彎曲半徑不宜太小?! 」饫w通信盡管存在上述問題,但是隨著技術的不斷發(fā)展都是可以克服的,不影響光纖的廣泛應用。

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