什么是光纤通信?

[拼音]：guangxian tongxin

[外文]：optical fiber communication

利用近红外线区波长1微米左右的光波为载波，并通过光导纤维（简称光纤）传输信息的一种通信方式。

光纤通信是20世纪70年代出现的一种新的通信方式。它的发展是随着光纤传输特性的改善特别是传输损耗的降低而发展的。近年来，人们研制成0.85微米附近光波(称为短波长)的传输损耗低达1.6dB/km的光纤，并发现波长为1.3微米和1.55微米附近的光波(称为长波长）的传输损耗更低，甚至可低达0.5dB/km和0.2dB/km。随着光纤性能的改善和光源器件使用寿命的显著延长，光纤通信获得了迅速的发展。

光纤通信是把电话、电视、数据等电信号调制到光载波上，通过由若干条光纤维组成的电缆传送到接收端，经过检测和处理，还原成原来的信息。主要用于数字通信，也可用于模拟通信。

光纤通信系统由光终端机、中继器和光缆所组成。

包括光发送部分和光接收部分。光发送部分主要有光源、驱动器和电信发送设备。电信发送设备将电话机等终端设备传送来模拟电信号转变为数字信号，光调制器对光源进行调制使电信号转变成为光信号。光发送部分的关键器件是光源器件。常用的半导体光源器件有两种：

（1）发光二极管。它的发光功率较小，波谱宽，但结构工艺简单，工作寿命很长，适用于中、短距离的较小容量的光纤通信。

（2）激光二极管。它的发光功率较大，波谱较窄，但结构工艺要求高，发光功率随温度变化较大，且工作寿命不如发光二极管长。

光接收部分主要有光检测器件、放大器和电信接收设备。光检测器件把光信号变成电信号，经过放大，然后由电信接收设备把数字信号还原成话音等信息。光检测器件具有较高的响应度，以及较快的响应速度和较低的噪声。常用的光检测器件也有两种：

（1）PIN光电二极管。它在收到光功率产生光电流时，会带来量子噪声。

（2）雪崩光电二极管。它能够提供内部放大，比PIN光电二极管的传输距离远，但量子噪声更大。为了获得良好的信噪比，光检测器件后面须连接低噪声预放大器和主放大器。

主要作用是将经过长距离传输的信号再生，以补偿其传输损耗并消除信号失真与噪声的影响。中继器由光检测器、电信号放大器、判决再生电路、驱动器以及光源等组成，它将光信号变成电信号放大和再生，然后再变成光信号发送出去。

光缆由多条光纤组成。光缆的中心是一条增加强度用的芯线，在各条光纤之间填充塑料，外面再套上塑料保护层。光缆具有足够的抗拉强度，并且柔软能够弯曲，可以埋入地下或架在空中，还可以制成海底光缆。

光纤是一种对光的传输损耗低且其内部具有较高光折射率区域的玻璃纤维，呈圆柱形，中间为纤芯，纤芯外有包层。纤芯的直径为 5～75微米。包层须有足够的厚度，纤芯加包层后外直径为100～150微米。包层外面有塑料层，用以保护光纤。光纤的纤芯可以用掺锗和磷的二氧化硅制作，包层用纯二氧化硅制作。纤芯的光折射率较包层的光折射率约高1％，使光局限在纤芯与包层的界面内向前传送。

光纤按传播的光波电磁场分布形式可分为：

（1）单模光纤，纤芯很细，其直径与光的波长相仿，光纤中只传播一种模式，光沿轴心向前传播（见图a）。

（2）多模光纤，纤?a href='http://www.baiven.com/baike/224/268586.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>局本督洗螅庖远嘀帜Ｊ窖夭煌揪锻贝ィ糱、c）。

光纤按纤芯截面上的折射率分布区可分为：

（1）阶跃式折射率分布光纤，其纤芯内的折射率分布是均匀的，在纤芯和包层的界面处，折射率突然阶跃式地降至与包层的折射率相同。如果光入射于纤芯的角小于临界值，则光在纤芯与包层的界面处发生全内反射。光在这种光纤中经由许多不同的途径反复反射曲折前进，因而到达接收端的时延不同，致使所传送的信号脉冲展宽。

（2）渐变式折射率分布光纤，在纤芯的轴心处折射率最大，沿径向逐渐变小，直到纤芯和包层的界面处减至与包层的折射率相同。在这种光纤中，光在纤芯中弯曲前进，虽然各个不同途径的长度不等，但因传播速度是随折射而变化的，所以沿不同途径到达接收端的时延几乎相等。

光纤传输特性主要有损耗和色散。损耗是光信号在光纤中传输时每单位长度的衰减，其单位为dB/km。根据损耗值可确定中继器之间的距离。色散是不同模式和不同波长的光通过光纤传输到达接收端的时延差。这种时延差使传送的信号脉冲展宽。色散的单位为μs/km。根据色散值可确定传输码速或信息容量。

光纤通信的特点有：

（1）光的频率很高，频带很宽，因而可传输信号的容量很大；

（2）在相当宽的频带内，光纤对各频率的传输损耗几乎不变，不需要采取均衡措施；

（3）光在纤芯中传播时，基本上不会向外辐射，同一光缆中各条光纤之间几乎没有串扰；

（4）不受外界电磁干扰；

（5）光纤的主要原料石英，资源丰富，价格低廉。随着制造成本的逐渐降低，可以预见光纤通信将在市内、长途通信和跨洋通信等许多方面得到广泛的应用。

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