2021-4-10 | 通信技术
1光纤通信是以光波作为载波,以光纤作为传输媒质所进行的通信。随着科学技术的发展,人们对通信的要求越来越高。为了扩大通信的容量,有线通信从明线到电缆,无线通信从短波到微波和毫米波,它们都是通过提高载波频率来扩大通信容量的。光波也是一种电磁波,频率在1014Hz数量级,比微波(1010Hz)高104～105倍,因此具有比微波大得多的通信容量。所以光纤通信一经问世,就以极快的速度发展,它将是未来信息社会中各种通信网的主要传输方式。
2光纤的结构与分类
光纤主要是由纤芯、包层、和涂敷层构成。纤芯是由高度透明的材料制成;包层的折射率略小于纤芯,从而造成一种波导效应,使大部分的电磁场被束缚在纤芯中传输;涂敷层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤,同时又增加光纤的柔韧性。在涂敷层外,往往加有塑料外套。
光纤的基本分类有以下几种方式:
首先,根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类,光纤可以分为阶跃折射率型和渐变折射率型:(1)阶跃型光纤(SI)又称突变型光纤。它的纤芯和包层的折射率是均匀的,纤芯和包层的折射率呈阶跃形状(发生突变),如图3(a)所示。(2)渐变型光纤(GI)的纤芯折射率随着半径的增加而按一定的规律减少,到纤芯与包层的交界处为包层的折射率,即纤芯中折射率的变化呈抛物线型,如图3(b)所示。
其次,根据光纤中的传输模式数量分类:(1)多模光纤:多模光纤是一种传输多个光波模式的光纤。按多模光纤截面折射率的分布可分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。其光射线轨迹如图4(a)和(b)所示。
阶跃型多模光纤的纤芯直径一般为50～75mm,包层直径为100～200mm,由于其纤芯直径较大,所以传输模式较多。这种光纤的传输性能较差,带宽较窄,传输容量也较小。渐变型多模光纤的纤芯直径一般也为50～75mm,这种光纤频带较宽,容量较大,是20世纪80年代采用较多的一种光纤形式。所以一般多模光纤指的是这种渐变型多模光纤。(2)单模光纤:单模光纤是只能传输一种光波模式的光纤,基模(最低阶模式,基模是截止波长最长的模式。除基模外,截止波长较短的其它模式称为高次模。)。不存在模间时延差,具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤的直径很小,约为4～10mm,其带宽一般比渐变型多模光纤的带宽高一两个数量级,因此,它适合于大容量、长距离通信,其光射线轨迹如图4(c)。
最后,按照光纤的原材料的不同,光纤可以分为以下几种类型:石英系光纤:石英玻璃光纤主要材料是SiO2,并添加GeO2、B2O3、P2O3等。这种光纤有很低的损耗和中等程度的色散,目前通信用光纤绝大多数是石英玻璃光纤。多组分玻璃纤维:如用钠玻璃掺有适当杂质制成。损耗底,可靠性不高。塑料包层光纤:这种光纤的芯子是由石英制成的,包层是硅树脂。全塑光纤:这种光纤的芯子和包层都是由塑料制成。在光通信中主要用的是石英光纤。全塑光纤具有损耗大、纤芯直径大及制造成本低等特点,目前全塑光纤适合于较短距离的应用,如室内计算机连网等。
3光纤通信系统基本结构与特点
实用光纤通信系统一般都是双向的,因此其系统的组成包含了正反两个方向的基本组成,并且每一端的发射机和接收机做在一起,称为光端机。同样,光中继器也有正反两个方向,如图5所示。
光发射机:将电端机送来的电信号变换为光信号,并耦合进光纤中进行传输。内有光源如半导体激光器。
光接收机:将光纤传输后的幅度被衰减的、波形产生畸变的、微弱的光信号变为电信号,并对电信号进行放大、整形、再生后,再生成与发送端相同的电信号,输入到电接收机。光接收机内有光电检测器如光电二极管。
中继器: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。
4光纤通信系统的优点
光纤通信系统和其他通信系统相比具有的优点:(1)频带宽,通信容量大(可达25000MHz);(2)传输损耗低,无中继距离长(低到0.15dB/km);(3)抗电磁干扰能力强;(4)光纤通信串话小,保密性强,使用安全;(5)体积小,重量轻,便于敷设;(6)材料资源丰富(SiO2)。