1光纖通信是以光波作為載波,以光纖作為傳輸媒質(zhì)所進(jìn)行的通信。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)通信的要求越來越高。為了擴(kuò)大通信的容量,有線通信從明線到電纜,無線通信從短波到微波和毫米波,它們都是通過提高載波頻率來擴(kuò)大通信容量的。光波也是一種電磁波,頻率在1014Hz數(shù)量級(jí),比微波(1010Hz)高104～105倍,因此具有比微波大得多的通信容量。所以光纖通信一經(jīng)問世,就以極快的速度發(fā)展,它將是未來信息社會(huì)中各種通信網(wǎng)的主要傳輸方式。

2光纖的結(jié)構(gòu)與分類

光纖主要是由纖芯、包層、和涂敷層構(gòu)成。纖芯是由高度透明的材料制成;包層的折射率略小于纖芯,從而造成一種波導(dǎo)效應(yīng),使大部分的電磁場被束縛在纖芯中傳輸;涂敷層的作用是保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械的擦傷,同時(shí)又增加光纖的柔韌性。在涂敷層外,往往加有塑料外套。

光纖的基本分類有以下幾種方式:

首先,根據(jù)光纖橫截面上折射率分布的情況來分類,光纖可以分為階躍折射率型和漸變折射率型:(1)階躍型光纖(SI)又稱突變型光纖。它的纖芯和包層的折射率是均勻的,纖芯和包層的折射率呈階躍形狀(發(fā)生突變),如圖3(a)所示。(2)漸變型光纖(GI)的纖芯折射率隨著半徑的增加而按一定的規(guī)律減少,到纖芯與包層的交界處為包層的折射率,即纖芯中折射率的變化呈拋物線型,如圖3(b)所示。

其次,根據(jù)光纖中的傳輸模式數(shù)量分類:(1)多模光纖:多模光纖是一種傳輸多個(gè)光波模式的光纖。按多模光纖截面折射率的分布可分為階躍型多模光纖和漸變型多模光纖。其光射線軌跡如圖4(a)和(b)所示。

階躍型多模光纖的纖芯直徑一般為50～75mm,包層直徑為100～200mm,由于其纖芯直徑較大,所以傳輸模式較多。這種光纖的傳輸性能較差,帶寬較窄,傳輸容量也較小。漸變型多模光纖的纖芯直徑一般也為50～75mm,這種光纖頻帶較寬,容量較大,是20世紀(jì)80年代采用較多的一種光纖形式。所以一般多模光纖指的是這種漸變型多模光纖。(2)單模光纖:單模光纖是只能傳輸一種光波模式的光纖,基模(最低階模式,基模是截止波長最長的模式。除基模外,截止波長較短的其它模式稱為高次模。)。不存在模間時(shí)延差,具有比多模光纖大得多的帶寬。單模光纖的直徑很小,約為4～10mm,其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個(gè)數(shù)量級(jí),因此,它適合于大容量、長距離通信,其光射線軌跡如圖4(c)。

最后,按照光纖的原材料的不同,光纖可以分為以下幾種類型:石英系光纖:石英玻璃光纖主要材料是SiO2,并添加GeO2、B2O3、P2O3等。這種光纖有很低的損耗和中等程度的色散,目前通信用光纖絕大多數(shù)是石英玻璃光纖。多組分玻璃纖維:如用鈉玻璃摻有適當(dāng)雜質(zhì)制成。損耗底,可靠性不高。塑料包層光纖:這種光纖的芯子是由石英制成的,包層是硅樹脂。全塑光纖:這種光纖的芯子和包層都是由塑料制成。在光通信中主要用的是石英光纖。全塑光纖具有損耗大、纖芯直徑大及制造成本低等特點(diǎn),目前全塑光纖適合于較短距離的應(yīng)用,如室內(nèi)計(jì)算機(jī)連網(wǎng)等。

3光纖通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

實(shí)用光纖通信系統(tǒng)一般都是雙向的,因此其系統(tǒng)的組成包含了正反兩個(gè)方向的基本組成,并且每一端的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)做在一起,稱為光端機(jī)。同樣,光中繼器也有正反兩個(gè)方向,如圖5所示。

光發(fā)射機(jī):將電端機(jī)送來的電信號(hào)變換為光信號(hào),并耦合進(jìn)光纖中進(jìn)行傳輸。內(nèi)有光源如半導(dǎo)體激光器。

光接收機(jī):將光纖傳輸后的幅度被衰減的、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào),并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、整形、再生后,再生成與發(fā)送端相同的電信號(hào),輸入到電接收機(jī)。光接收機(jī)內(nèi)有光電檢測器如光電二極管。

中繼器:把經(jīng)過衰減和畸變的光信號(hào)放大、整形、再生成一定強(qiáng)度的光信號(hào),送入光纖繼續(xù)傳輸,以保證整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

4光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

光纖通信系統(tǒng)和其他通信系統(tǒng)相比具有的優(yōu)點(diǎn):(1)頻帶寬,通信容量大(可達(dá)25000MHz);(2)傳輸損耗低,無中繼距離長(低到0.15dB/km);(3)抗電磁干擾能力強(qiáng);(4)光纖通信串話小,保密性強(qiáng),使用安全;(5)體積小,重量輕,便于敷設(shè);(6)材料資源豐富(SiO2)。