通信傳輸光纖研究

張貽海

【摘要】 通信指的是兩點(diǎn)之間的信號傳輸，且必須要保證傳輸?shù)挠行院蜏?zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)性。在有史以來的人類通信行也發(fā)展的進(jìn)程中，通信是呈指數(shù)增長的速度發(fā)展的。用于通信的傳輸材料，叫做功能材料，是用于傳輸信號、存儲(chǔ)信號、探測信號等等用途的材料。早在很久以前，中國人就會(huì)使用光來傳送信號，比如烽火通信，歐洲人則是使用旗幟來代表信號[1]。1880年，美國人貝爾（Bell）發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。貝爾發(fā)明的電話是現(xiàn)代電話的前身。1960年，美國人梅曼（Maiman）發(fā)明了第一臺紅寶石激光器， 給光纖通信帶來了嶄新的研究領(lǐng)域。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使得停滯不前的通信進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。

如今，對于傳輸光纜的研究依舊具有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 光纖 通信 傳輸

一、引言

光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)發(fā)展的階段：第一階段（1966～1976年），是從研究時(shí)期開始向商用時(shí)期的轉(zhuǎn)變。第二階段（1976～1986年），這個(gè)時(shí)期是光纖通常發(fā)展的黃金時(shí)期，研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)殚L距離傳輸以及低損耗。第三階段（1986～1996年），這個(gè)時(shí)期的目標(biāo)是向著大容量和長距離的，是大面積商用的推廣時(shí)期[2]。

1976年美國在亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段。此后這個(gè)發(fā)展階段之后，光纖技術(shù)手段不斷更新；其工作模式從多模發(fā)展到單模，其波長也是從短波向長波發(fā)展，傳輸速度更是成百倍的增長。隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。如今光纖是通信傳輸?shù)闹饕緩絹?，光纖是整個(gè)人類的信息載體。在許多發(fā)達(dá)國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。

二、光纖的特性

光纖的主要特性是：容許頻帶很寬，傳輸容量很大；

理論上說一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖可以傳輸100億話電路。目前一根光纖傳輸50萬話電路（40Gb/s）試驗(yàn)成功。比電纜等高出幾千幾十萬倍以上。

損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小；

光纖的衰減系數(shù)極低（目前已達(dá)0.25db/km以下）。中繼距離可達(dá)100km重量輕，細(xì)、體積?。恢睆揭话銥閹孜⒚椎綆资⒚譡3]。相比電纜輕90%～95%（是電纜質(zhì)量的1/20～1/10），直徑不到電纜的1/5.抗電磁干擾性能好；泄漏小，保密性能好；節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。

光纖的種類包括：（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖。（2）折射率分布：階躍（SI）型光纖、近階躍型光纖、漸變（GI）型光纖、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。（3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。

三、光纖傳輸特性及原理

3.1損耗

光或者電磁波在光纖中傳播的時(shí)候，隨著傳播距離的增加，其功率逐漸減小的現(xiàn)象叫做損耗。長距離傳輸信號，光纖損耗是最的損耗途徑。除了傳輸損耗之外，吸收損耗和散射損耗是由光纖本身的特性決定的。另外，耦合損耗是光源與光纖之間的損耗、連接損耗是光纖之間損耗等，這些都是光纖傳輸損耗的因素。為了實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，光纖有三個(gè)低損耗窗口：0.85um，1.31um，1.55um。況且隨著波長的增加，光纖的損耗會(huì)越來越小[4]。

3.2色散

電磁脈沖或者光信號經(jīng)過光纖的傳輸之后，在輸出端會(huì)有相位的延遲，這種現(xiàn)象稱為色散。（1）產(chǎn)生原因：由于光信號具有不同的頻率成分以及共奏模式，而且在光纖傳播的路徑不一樣，速度也不一樣，因此到達(dá)接收端的時(shí)間也都不一樣，即群時(shí)延差引入了色散。（2）導(dǎo)致問題：信號波形畸變，表現(xiàn)為脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率。限制帶寬，影響通信容量和傳輸速率。（3）光纖的色散主要有模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。（4）模式色散：不同模式的光傳輸途徑不同，速度不同所引起的色散。（5）材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)隨波長而變化引起的色散。（6）波導(dǎo)色散：光纖的幾何結(jié)構(gòu)不完善引起的色散。

光纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯，中間為低折射率硅玻璃包層，最外是加強(qiáng)用的涂覆層。光線在纖芯傳送，當(dāng)光纖射到纖芯和外層界面的角度大于產(chǎn)生全反射的臨界角時(shí)，光線透不過界面，會(huì)全部反射回來，使光纖在纖芯內(nèi)延其軸線方向，并束縛在其界面內(nèi)傳送。

結(jié)論：光纖是通信的傳輸媒介，它的研究是十分重要的，在21世紀(jì)通信產(chǎn)業(yè)極速發(fā)展的今天，作為信號載體的光纖的研究是很具有實(shí)際價(jià)值的。好的技術(shù)和材質(zhì)可以帶來良好的信號傳輸保障良好的通信能力，是具有十分重要的意義的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 淺析有線電視全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 殷亞男.科技資訊. 2014（12）

[2] 全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究及其發(fā)展前景分析[J]. 李陵.中國新通信. 2013（08）

[3] 全光網(wǎng)絡(luò)淺析[J]. 鄭晨溪.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù). 2013（05）

[4] 通信技術(shù)課堂——全光網(wǎng)絡(luò)[J]. 電力系統(tǒng)通信. 2010（02）

[5] 全光網(wǎng)絡(luò)的安全及防范分析[J]. 喬婧，潘武，楊靜.光通信技術(shù). 2008（03）