光纤通信及其在电力系统中应

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1、光纤通信及其在电力系统中的应用徐刚2009.10.1７成都1主要内容光纤通信基础知识电力系统中光纤通信的应用光纤通信常见问题分析和排查方法2光纤通信基础知识光纤传光的基本原理光纤衰耗产生的基本原理光纤通信系统的组成电力系统常用光纤电力系统常用光缆电力系统常用光纤通信的部件3光纤通信发展简史－光波光波是波长极短的电磁波。因此，科学家早已断定利用光波进行通讯在理论上是可行的，也是人们长期以来梦寐以求的。光波的频率在3×1014以上，用这样高频率的波作为载波，可获得比现有通讯方式大万倍的通讯容量，又不受一般的电磁干扰，因而是

2、一种理想的传输介质。但是如何使光波沿着预定的通道长距离传输却是一个极难的问题。只有当激光和光导纤维问世之后，才使这一难题的解决成为可能4光纤通信发展简史－光纤利用光纤作为光的传输介质的研究工作经历了30年的时间。1950年国外就有人开始了光在光纤中传输的理论研究。1951年出现了用于医疗的光导纤维。但由于那时的光纤中光的传输衰耗太大，故不能用于一定距离的光通讯。1966年，英籍华人高锟博士揭示了制成衰耗低于20dB/km光纤的可能性。而当时世界上最优良的光学玻璃衰耗在1000dB/km左右。因而这个预见未被普遍相信和重

3、视。只有美国贝尔实验室主席IamRoss和英国电信研究所（BTRL，BPO）的领导人对此极感兴趣，遂与美国康宁玻璃公司合作研制。1970年该公司的Maurer等人首先制成了衰耗为20dB/km的光纤，取得了重大突破。高锟博士指出，降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰耗的主要途径。沿此途径，在1974年光纤衰耗已降低到2dB/km。另外，玻璃内的OH离子也是造成衰耗的重要因素。解决此问题后，1980年用于1.55μm波长的光纤衰耗值已降低到0.2dB/km5光纤通信发展简史－光源实现光纤通讯的另一重要问题是光源。60

4、年代，光纤通讯中光源的研究主要应用波长为0.85μm附近的近红外区。因此，当时主要研究GaAlAs(镓铝砷)半导体激光器。当时制成的这种激光器不能在室温下运用，寿命很短。1970年Hayashi等人终于制成了能在室温下连续运行的GaAlAs激光器（LD）。1971年Burrus等人制成了GsAlAs发光二极管（LED），其寿命长、价格低廉，但频谱宽、速率低、功率小。80年代制成了适用于1.3μm、1.55μm的InGaAsP(铟镓砷磷)长波长激光器和发光管，现已得到广泛应用。6光纤通信发展简史－光接收器光接收器件也是光

5、纤通讯必不可少的重要组成部分。随着光纤的发展，及时地研制成功适用于短波长的Si-PIN管和Si-APD雪崩光电二极管及适用长波长的InGaAs或InP的PIN管和APD管，还有Ge-APD管等。7光纤通信的发展1976年后，美国建成传输速率为44Mbit/s（每秒传送44M位数字信号）、传输距离达到10km的商用光纤通讯线路。80年代，光纤通讯进入大规模发展阶段。目前世界上光纤通讯已被广泛应用，全世界光纤用量每年约6000~7000万km。国际上565Mbit/s的高速光纤通讯系统（可传送7680路双向电话）已广泛应用

6、，2.4Gbit/s超高速系统也将投入运行。我国早在70年代初就开展了光纤通讯的研究，70年代末已经能制造用于1.3μm波长、衰耗为4dB/km的多模光纤，并能制造0.85μm波长的发光二极管和激光器。80年代初，研制成长波长多模光纤、长波长激光器和PIN-FET光电检测组件，在武汉建立了市内光纤线路。1991年，建成合肥至芜湖的150km光纤线路。由此可见，我国光纤通讯的发展非常迅速，在电力系统中也得到广泛应用。最新资料表明，全球的光纤使用量已经是10亿公里。8电力系统光纤通信的发展光纤通道站内复接站间直连监控网络过

7、程层－数字化变电站智能电网－数据通信－智能变电站9光纤通信系统的构成10光端机（发）光端机（发）电端机（发）电端机（发）光纤通信的特点光纤通讯与其他通讯方式比较有很多优点，对应用于电力系统而言，主要有以下几点。通讯容量大：随着电力系统保护、控制、远动技术的发展，需要愈来愈大的通讯容量。微波通道的通讯容量一般只有960路，而用光缆构成的光纤通道当用0.85μm短波长时通讯容量可达1920路，当用1.55μm长波长时通讯容量可达7680路。工作可靠：载波通道受雷电和电力系统操作产生的电磁干扰很大，信号衰耗受天气变化的影响很

8、大，有时甚至不能工作。微波通道受电磁干扰较小，但在恶劣天气条件下信号衰落很大。光纤通道不受电磁干扰，基本上不受天气变化的影响，因此工作可靠性远高于载波和微波通道。这对于电力系统特别重要。11光纤的传光原理光纤与光缆光纤的构造光缆的构造光在光纤中的传播光的反射和折射光的全反射光在光纤中的传播12光纤的构造光纤横截面示意图。光纤由纤芯