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一、有线传输工程第一章光纤通信基本理论第一节光纤通信系统第一节光纤通信系统一、有线传输工程第一章光纤通信基本理论一、光纤通信系统的基本结构 光纤通信是以光波为载频、以光纤(即光导纤维)为传输媒质的通信方式。 光纤通信系统的基本组成如图1－1所示，它包括了电收发端机、光收发端机、光纤光缆线路、中继器等。 图1－1光纤通信系统组成 图1－1给出的是一个单向传输的系统，反向传输的结构是相同的。在发送端，电发送端机对来自信息源的信号进行处理，如模／数变换、多路复用等，它是常规的通信设备。经过处理的信号送至光发送端机。光发送端机内有光源，如半导体激光器。在光发送端机对光源的光载波进行调制，把电信号转换成光信号，并且耦合到光纤中去，通过光纤将光信号传输至接收端。光接收端机内有光检测器，如光电二极管。光接收端机对经过光纤传输过来的微弱的光信号进行检测，把光信号转换成电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，输入到电接收端机，在电接收端机恢复成原信号。对于长距离的光纤通信系统，为了补偿光纤线路损耗和色散造成的信号衰减和畸变的影响，每隔一定距离需要接入中继器，其作用是把经过衰减和畸变的光信号放大、整形、再生成一定强度的光信号，送入光纤继续传输，以保证整个系统的通信质量。 光纤通信系统中由于采用了电—光、光—电的变换，可以采用光纤而不是电缆来传输信号。因为光纤的带宽和损耗性能比电缆要优越得多，即光纤的带宽比电缆要宽、损耗比电缆要小，因而光纤通信系统得到了广泛的应用。系统不但可以在长途干线上发挥作用，而且在本地网、接入网等传输网络中也得到广泛的应用。二、光纤通信的特点 光纤通信系统由于采用了光纤传输信号实现通信，因此和其他通信系统相比，具有以下特点： 1频带宽，通信容量大 现在单模光纤的带宽可达15 THz·km量级，有着极大的传输容量。值得提出的是：光纤具有极宽的潜在带宽。如将光纤的低损耗和低色散区做到1 450～1 650 nm波长范围，则相应的带宽为25 THz。这意味着，用这样的一根光纤在1s左右的时间便可将人类古今中外的文字资料传送完毕。这样巨大的带宽是人类用之不尽的资源。 2传输损耗低，无中继距离长 光纤的传输损耗很低，石英光纤在1 550 nm波长处的传输损耗已可以做到02 dB／km，甚至达015 dB／km，这是以往任何传输线都不能与之相比的。一般光纤通信系统的无中继传输距离为几十公里，甚至可达一百多公里，比电缆系统的中继距离长很多。 3抗电磁干扰 大多数光纤是由石英材料制成的，它不怕电磁干扰，也不受外界光的影响，强电、雷电等也不会影响光纤的传输性能，甚至在核辐射的环境中光纤通信也能正常进行。这是电通信所不能比拟的，因此光纤通信在许多特殊环境中得到了广泛的应用。 4光纤通信串话小，必威体育官网网址性强，使用安全 光在光纤中传输时，光波集中在光纤芯子中传输，向外泄漏的光能很小。同一根光缆中的光纤之间不会产生干扰和串话，因而必威体育官网网址性好、使用安全。 5体积小，重量轻，便于敷设 光纤细如发丝，其外径仅为125μm，套塑后的外径也小于1 mm，加之光纤材料的比重小，成缆后的重量也轻。例如，18芯架空光缆(或管道)重量约为150 kg／km，而18管同轴电缆的重量约为11 t／km。经过表面涂覆的光纤具有很好的可绕性，便于敷设，可架空、直埋或置入管道。可用于陆地或海底，在飞机、轮船、人造卫星和宇宙飞船上也特别适用。 6材料资源丰富 通信用电缆的主要材料为稀有金属铜，其资源严重紧缺；而石英光纤的主体材料是SiO2，材料资源丰富。 光纤通信的这些优点使其成为当今信息领域的重要支柱。光纤通信的发展也是日新月异、一日千里，新的系统、器件不断涌现，为光纤通信不断注入新的活力，使其在通信领域占据了重要的地位。第二节光纤的结构和分类第二节光纤的结构和分类一、光纤的结构 光纤通信中所使用的光纤是截面很小的可绕透明长丝，它在长距离内具有束缚和传输光的作用。 图1－2光纤的横截面图结构光纤是圆截面介质波导。图1－2所示是光纤的横截面图。光纤由纤芯、包层和涂覆层构成。纤芯由高度透明的材料构成；包层的折射率略小于纤芯，从而可以形成光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输；涂覆层的作用是增强光纤的柔韧性。此外为了进一步保护光纤，提高光纤的机械强度，一般在带有涂覆层的光纤外面再套一层热塑性材料，成为套塑层(或二次涂覆层)。在涂覆层和套塑层之间还需填充一些缓冲材料，成为缓冲层(或称垫层)。 目前使用的光纤大多为石英光纤。它以纯净的二氧化硅材料为主，为了改变折射率，中间掺以合适的杂质。掺锗和磷使折射率增加，掺硼和氟使折射率降低。二、光纤的分类 光纤依据不同的原则可有不同的分类方法。 1按光纤横截面的折射率分布分类 根据光纤横截面折射率分布的不同，常用的光纤可以分成阶