光纖通信系統的基本概念、組成及其特點

光纖通信的基本概念

光導纖維，是一種介質光波導，能把光封閉其中並且使光沿軸向進行傳播的導波結構。

由石英玻璃、合成樹脂等材料製成的極細的纖維。

單模光纖：纖芯8-10um、包層125um

多模光纖：纖芯51um、包層125um

利用光導纖維傳輸光信號的通信方式稱為光纖通信。

光波屬於電磁波的範疇。

可見光的波長範圍是390-760nm，大於760nm部分是紅外光，小於390nm部分是紫外光。

光波的工作窗口（三個通信窗）：

光纖通信中應用的波長範圍是在近紅外區

短波長區（可見光，肉眼看是一種橘黃色的光）850nm橘黃色的光

長波長區（不可見光區）1310nm（理論上的色散最小點）、1550nm（理論上的衰減最小點）

光纖的結構與分類

1. 光纖的結構

理想的光纖結構：纖芯、包層、塗覆層、護套構成。

纖芯和包層用石英材料製作，機械性能比較脆弱，容易斷，故一般會加兩層塗覆層，一層樹脂型、一層尼龍型，使得光纖柔性性能達到工程實際運用的要求。

2.光纖的分類

（1）光纖按照光纖橫截面的折射率分布劃分：分為階躍型光纖（均勻光纖）和漸變型光纖（非均勻光纖）。

假設，纖芯折射率為n1，包層折射率為n2

為了使纖芯能夠遠距離傳光，構成光纖的必要條件是n1>n2

均勻光纖的折射率分布是個常數

非均勻光纖的折射率分布規律：

其中，△——相對摺射率差

α——折射指數，α=∞——階躍型折射率分布光纖，α=2——平方律折射率分布光纖（一種漸變型光纖）這種光纖比起其他漸變型光纖，模式色散最小最優

（2）按纖芯中所傳輸的模式數量來劃分：分為多模光纖和單模光纖

這裡的模式是指：在光纖中所傳輸的光線的一種電磁場的分布，不同的場分布就是一種不同的模式。

單模（光纖中只傳輸一種模式）、多模（光纖中同時傳輸多種模式）

目前由於對傳輸的速率要求越來越高、傳輸的數量要求越來越多，城域網向高速大容量方向發展，所以採用的多是單模階躍型光纖。（本身傳輸特性優於多模光纖）

（3）光纖的特性：

①光纖的損耗特性：光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降。

光纖產生損耗的原因大致包括：耦合損耗、吸收損耗、散射損耗、彎曲輻射損耗。

耦合損耗是光纖和器件間耦合產生的損耗。

吸收損耗由於光纖材料和雜質對光能的吸收而引起的。

散射損耗分為瑞利散射（折射率不均勻）和波導散射（材料不均勻）產生的損耗。

彎曲輻射損耗是光纖彎曲導致的導模變為輻射模產生的損耗。

②光纖的色散特性：光纖所傳信號中的不同頻率成分有不同的傳輸速度，到達終端時產生信號脈衝展寬所引起的失真的物理現象稱為色散。

色散分為模式色散、材料色散、波導色散。

光纖通信系統的基本組成

發送部分：

由電發射機（電端機）輸出的脈衝調製信號送入光發射機（把程式控制交換機送來的信號進行處理，波形整形，碼型反變換…變成合適的電信號送進去光發射機）

光發射機的主要作用是將電信號轉換成光信號耦合進光纖。

接收部分：

將通過光纖傳送過來的光信號轉換成電信號

對電信號的處理，使其恢復成原來的脈衝調製信號送入電端機（把光接收機送來的電信號進行處理，波形整形，碼型反變換…得到合適的電信號送回程式控制交換機）

傳輸部分：

採用單模光纖、光中繼器（電再生中繼器（光-電-光轉換放大，傳輸延時會大一些、有脈衝判決電路對波形進行整形、還有定時的作用）、摻鉺光纖放大器（在光層面上完成放大，沒有波形整形的功能））

（1） 光發射機：是實現電/光轉換的光端機。由光源、驅動器和調製器組成，功能是將來自於電端機的電信號對光源發出的光波進行調製，成為已調光波，然後再將已調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。

（2） 光接收機：是實現光/電轉換的光端機。由光檢測電路和光放大器組成，功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然後，再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機去。

（3） 光纖/光纜：光纖或光纜構成光的傳輸通路。功能是將發射端發出的已調光信號，經過光纖或光纜的遠距離傳輸後，耦合到接收端的光檢測器上去，完成傳送信息任務。

（4） 光中繼器：由光檢測器、光源和判決再生電路組成，作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈衝進行整形。

（5） 光纖連接器、耦合器等無源器件（無需單獨給其供電，但是器件還是有損耗）：由於光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如2km）。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。於是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合、對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

光纖通信的優越性

傳輸頻帶寬，通信容量大

傳輸損耗小，中繼距離大

抗電磁干擾的能力強

（比無線：無線信號有很多影響，多徑效益、陰影效應、瑞利衰落、多普勒效應

比同軸電纜：光信號比起同軸電纜容量大，保密性很好）

光波頻率很高，對比起其他電磁波高的多，干擾小

光纜的缺點：機械性能比較差，容易斷，（提高機械性能，會對抗干擾能力有影響），建起來費時長，受地理條件影響大

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