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发布时间:2022-10-19 12:27:21 来源:源房五金网

漫谈光纤通信

漫谈光纤通信 2011年12月04日 来源: 1 光纤通信发展史光纤通信是20世纪70年代发展起来的一种新型通讯方式。所谓光纤通信,就是将要传的电报、电话、图像和数据信号先变成光信号,经由光纤进行传输或者在本地进行光交换。光实质上也是电磁波,只不过它的频率很高而已(3×1014Hz以上),现在的光通讯频率在近红外区,将来还要发展到中红外区和远红外区。在60年代期间研究的光通信,大多利用大气进行传输,经大气进行光传输要受到大气的严重影响,气候变化能引起传输光束的抖动,恶化通信质量,尤其在大雾和雨雪天气,通信会因之而中断,难以实现“全天候”通信。另外大气传输必须具备“视线所及”的地理条件,这些使得大气光传输受到极大的限制。1960年红宝石激光器的发明,为后来的光纤通信起到了推动作用,尤其是1962年,半导体激光器的出现,使光纤通信向实用化方面前进了一步。这种器件体积小,效率高,调制方便,十分适于光纤通信。1966年英国标准电信研究所的英籍华人高锟博士,提出用石英材料制成光纤做光波导的理论。按照他的理论,美国康宁玻璃公司1970年研制出200dB/km的低损耗光纤。现在波长为1.3μm的光纤损耗达1dB/km以下,波长为1.55μm的光纤损耗达0.2dB/km,甚至可达0.15dB/km。1976年英国首先建立起光纤图像传输系统,用以传输电视。1977年美国亚特兰大、日本先后建立数字光纤通信系统现场实验,用以传输电报、电话、图像及数据信号。从此以后,世界上相继建成了数千个光纤通信系统,从试验走向商用化的阶段。2 光纤和光缆2.1光纤光纤主要是用玻璃预制棒拉丝成纤维,它包含纤芯和包层,是圆柱型。纤芯直径约5—75μm,包层有一定厚度,它的外径约100-150μm,最外面是塑料,起保护作用。纤芯的折射率比包层的折射率较高,约高1%,光波就是局限在纤芯与包层的界面以内向前传播。故光纤属于光波导。一根光纤就是一个波导,把光从一端送到另一端,是单方向传播。双方向通信需要两根光纤,一根传送去方向的光信号,另一根传送来方向的光信号,如纤芯直径细得与光波的波长相仿(例如纤芯直径5μm)时,光波导中传播单纯,可能只有一种模式,这样的光纤称为单模光纤,如纤芯直径较大(如纤芯直径50μm),则光波导中有许多种沿不同路径同时传播的模式,这样的光纤称为多模光纤。纤芯截面的折射率分布有两种,一种为阶跃折射率分布,即纤芯内均匀的折射率,到了与包层的界面突然阶跃式的下降,变为包层的折射率,目前单模光纤多属此类,在这样的光纤中,光波在纤芯与包层的界面发生全反射。另一种为渐变折射率分布,即纤芯轴的折射率最大,折射率沿径向逐渐变小,到了与包层的界面降至包层的折射率。在这样的光纤中,光波在纤芯中的传播不是全反射而是产生折射,使传播途径的形状近似正弦波,目前多模光纤均属此类。光纤有两项主要特性,即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或衰减(Db/km)关系到光纤通讯系统传输距离的长短和中继站间距离的选择;而色散特性则反映为时延畸变或脉冲展宽,光纤每单位长度的脉冲展宽(ns/km),在一定的传输距离和误码率的条件下,将使码速受到限制,也就是说限制了信息传输容量。2.2光缆的结构特点和类型光纤在实际应用时,必须用适当方式包装成光缆。有二芯、四芯、六芯、甚至一百余根光纤组合成为一根光缆,光缆的结构与电缆大至相同,但由于光纤材料的性质和传光特性,其结构与电缆又有不同之处,其特点如下: 2.2.1光缆中有加强件因光纤横截面积小,抗张强度不高,只能承受400~600g的拉力。为了便于施工,故光缆中有能承受较大张力的加强芯和抗张件,此抗张件一般用钢绞线或尼龙材料制成。2.2.2光缆有因温度变化而引起的光缆传输特性变化的措施。因光纤是玻璃纤维制成的,它受温度变化的影响要比其他材料小,故将出现微弯曲,而增加衰耗。2.2.3光缆有防潮措施。这对长波长光纤非常重要,因为光缆内部受潮后,在1.3μm波长的衰减值将增大,防潮的方法有填充防水石油膏和充气维护法。我们知道,光缆是依靠其中的光纤作为信道来完成信息传递任务的。因此光缆必须保证光纤具有稳定的传输特性,此外,由于通信光缆多是野外工作,暴露在各种自然外力和人为外力之中,还可能受到化学侵蚀,甚至鼠、鸟、虫、兽的伤害等,在光缆施工过程中受到弯曲和拉伸及扭曲变形难以避免。如何保证在这诸多外界因素的作用下,光缆中的光纤仍然能正常、可靠地工作,这都是光纤结构中必须考虑的问题。由于成缆光纤的类别、成缆方式、光缆的结构不同,光缆的种类非常多,按成缆光纤分有多模和单模光缆;按加强构件、护层结构分类有无金属光缆、金属加强件光缆和铠装光缆;按成缆方式分常用的有骨架式和层纹式光缆;按用途和敷设方式分有架空、复合地线光缆、直埋和海地光缆等。 (end)

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