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光纤通信技术笔记

一、光纤通信基础

（一）光纤通信概述

1.光纤通信的定义与发展历程

（1）定义：光纤通信是以光波为载波，以光纤作为传输媒质的

通信方式。

（2）发展历程：早期理论探索阶段，科学家提出光通信设想；

关键实验突破时期，实现低损耗光纤传输；随后进入实用化进程，技

术不断革新，从多模到单模光纤，从低速率向高速率演进，波分复用

等技术推动容量剧增，如今已广泛覆盖全球通信网络核心与接入领域，

成为现代通信基石。

2.光纤通信系统的基本组成与工作原理

（1）基本组成：由光发射机、光纤线路、光接收机及中继器构

成。光发射机将电信号转光信号，经光纤传输，光接收机逆转换光信

号为电信号，中继器补偿长距传输损耗与信号畸变。

（2）工作原理：电信号在光发射机经调制加载于光波，依全反

射在光纤传播，光接收机接收光信号，经光电转换、放大、解码得原

始电信号，核心在于电光与光电高效转换及光在光纤稳定传输。

3.光纤通信的优势与面临挑战

（1）优势：传输容量极大，单纤承载多路信号；损耗极低，长

距无需频繁中继；抗电磁干扰强，电磁环境稳传信号；必威体育官网网址性优，光

信号难窃取；重量轻、体积小，便于敷设；材料石英丰富，利环保可

持续发展。

（2）挑战：高速传输时受色散、非线性限制；光器件性能待提

升，如激光器波长精度、探测器灵敏度；光纤铺设与维护复杂，故障

定位修复难；融合异构网络时适配协同管理棘手，需技术创新突破。

（二）光纤的结构与导光原理

1.光纤的分层结构（纤芯、包层、涂覆层）及其材料特性

（1）分层结构：纤芯为高折射率传输核心，多掺GeO₂等提折

射；包层低折射率环绕纤芯，常以SiO₂掺氟化物制；涂覆层保护光

纤，用聚合物树脂防机械损伤、防潮。

（2）材料特性：纤芯重折射率精准控制与传输效率，包层求折

射匹配、抗侵蚀，涂覆层强黏附、耐候、耐磨，协同保光纤性能稳定、

寿命延长、信号传输可靠。

2.光线在光纤中的传播模式（单模与多模）分析

（1）传播模式：单模光纤纤芯细，仅基模传播，信号失真小、

带宽大、损耗低，适长距大容量；多模光纤芯径大，允多模式共存，

易耦合但色散大、带宽窄、损耗高，常用于短距低成本场景。

（2）模式特性：单模场分布均匀、能量集中，多模光斑复杂、

能量分散，模式特性决定传输性能与适用范围，为光纤选型关键依据。

3.基于全反射原理的导光机制详解

（1）全反射临界角：依斯涅尔定律得临界角公式sinθc=n₂/n

₁（n₁、n₂为纤芯、包层折射率），入射角超此角，光线于纤芯包

层界面全反射，实现光波约束传输，为光纤导光根本原理。

（2）导光稳定性：光纤材料均匀、结构规整及环境稳定时，全

反射稳定，保光信号低损传输；材料瑕疵、弯曲应力或温变时，导光

受扰致损耗或信号劣化，设计制造运维须控因素保导光优。

（三）光纤的传输特性

1.光纤的损耗特性（吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗）及影响因素

（1）损耗类型：吸收损耗含本征吸收（石英晶格红外、杂质原

子紫外吸光）与杂质吸收（金属离子、OH⁻吸特定波长光）；散射

损耗分瑞利（材料微观不均致与波长四次方成反比散射）与米氏（光

纤缺陷、杂质散射）；弯曲损耗有宏弯（大曲径弯曲辐射损耗）与微

弯（微观变形应力致散射损耗）。

（2）影响因素：材料纯度、杂质含量与分布主决吸收损耗；制

造工艺（拉丝参数、预制棒质量）、光纤结构均匀性关键影响散射损

耗；弯曲半径、应力环境主导弯曲损耗，控因素可降损耗、延传输距、

升系统性能。

2.光纤的色散特性（模式色散、色度色散、偏振模色散）及其对信

号传输的影响

（1）色散类型：模式色散由多模光纤模式群速差异致脉冲展宽；

色度色散含材料（折射率波长变）与波导（结构影响波长传播）色散；

偏振模色散因光纤双折射引正交偏振模速差致脉冲分裂展宽。

（2）传输影响：色散使脉冲展宽、信号失真、误码率升、带宽

缩、限制传输距与速率，高速大容量通信中为关键制约，需色散补偿

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