电子科学技术论光纤要点.doc

光纤通信技术 光纤通信是以光波作为信息载体, 以光纤作为传输媒介的一种通信方式，已成为现代通信的主要支柱之一研究光纤通信系统的基本原理发展现状即为光导纤维的简称。光纤通信是以作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。 光纤通信技术的特点(1) 频带极宽，通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量，特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1Gbps。 (2) 损耗低，中继距离长。目前，商品石英光纤损耗可低于0～20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；若将来采用非石英系统极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离；对于一个长途传输线路，由于中继站数目的减少，系统成本和复杂性可大大降低。(3) 抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受人为释放的电磁干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应，光纤传输系还特别适合于军事应用。(4)无串音干扰，必威体育官网网址性好。在电波传输的过程中，电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰，而容易被窃听，必威体育官网网址性差。光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在光波导结构中，而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，即使在转弯处，漏出的光波也十分微弱，即使光缆内光纤总数很多，相邻信道也不会出现串音干扰，同时在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点，其不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。 1.损耗是指光信号通过光缆传播时，其功能随传播距离的增加而减少的物理现象。光纤损耗主要有三种：吸收损耗、散射损耗、辐射损耗。吸收损耗就是指组成光纤材料及其中的杂质对光的吸收作用而产生的损耗，又分为本征吸收损耗和非本征吸收损耗，前者对于石英引起的损耗，后者对应于杂质引起的损耗。散射损耗是指光信号在光纤中遇到微小粒子或不均匀结构时发生的散射造成的损耗。辐射损耗是指当理想的圆柱形光纤受到某种外力作用下，会产生一定曲率半径的弯曲，引起能量泄露到包层，这种能量泄露导致的损耗。为了更好的实现光纤通信，就应当尽可能地减少损耗。有以下几种方法：一、选择合适材料，如提高石英的纯度，降氢氧根离子的浓度。二、选择正确的波长，对于石英分子，电子共振发生在紫外线区（波长0.4微米）内，而分子共振发生在红外区(波长7微米)内。三、掺铒/拉曼光纤放大器。 2.色散是由于不同成分（模式或波长）的光信号在光纤中传输时，因其群速度不同，产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。分为三种色散：模式色散、材料色散、波导色散。模式色散是指光在多模光纤中传输是会存在着许多中传输模式，因为每种传输模式在传输过程中都具有不同的轴向传播速度，因此虽然在输入端同时发送光脉冲信号，但到接收端的时间却不同，于是产生了延时，使光脉冲发生展宽与畸变。材料色散是由于构成纤芯的材料对不同波长的光波所呈现的不同折射率而造成的，波长短则折射率大，波长长则折射率小。波导色散是指因为光纤的波导材料对不同波长的光产生的色散所用。解决方案有：采用色散补偿光纤、线性啁啾光纤光栅、中距光谱反转技术、光孤子通信、色散支持传输、欲啁啾技术等。色散补偿光纤法是指在标准单模光纤中插入一段或几段预期色散率相同或相反的色散补偿光纤，传输一定距离后色散达到一定的均衡，其特性主要有波导色散决定。 3.非线性效应是指随着光功率的增加，单模光纤的损耗又很低，并将广场限制在横截面很小的区域，高光强在光纤中能保持很长的距离。光纤的非线性主要分为两类：受激散射和折射功率扰