光纤通信的基本原理

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1、光纤通信的基本原理光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光纤传播，在另一端则有PIN或APD光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端

2、之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。光纤类型根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即G.652常规单模光纤、G.653色散位移单模光纤和G.655非零色散位移光纤。而其中的G.653光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，在我国的干线网上几乎没有应用。G.655光纤

3、中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等。G.652单模光纤：在C波段1530～1565nm和L波段1565～1625nm的色散较大，系统速率达到2.5Gbit/s以上时，需要进行色散补偿，在10Gbit/s时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。G.653色散位移光纤：在C波段和L波段的色散很小，在1550nm是零色散，系统速率可达到20Gbit/s和40Gbit/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM扩容时会出现非线

4、性效应，产生四波混频（FWM），导致信号串扰，因此不太适用于DWDM。G.655非零色散位移光纤：在C波段和L波段的色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频，也可以开通高速系统。新型的G.655光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的1.5～2倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。光纤的优点传输频带宽、通信容量大。光纤传输损耗低、中继距离长。光纤传输的信号不受电磁的干扰、保密性强、使用安全。光纤具有抗高温和耐腐蚀的性能，因而可以抵御恶劣的工作环境。光纤的体积小、重量轻，便于敷设。制作光纤的原材

5、料丰富，石英光纤的主要成分是二氧化硅（SiO2）。光缆的制造：光缆的制造：光缆的制造过程一般分以下几个过程：光纤的筛选：选择传输特性优良和张力合格的光纤。光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。二次挤塑：选用高弹性、低膨胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的松套管，将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶。光缆绞合：将数根挤塑好松套管的光纤与加强单元绞合在一起。挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。光缆的种类按敷设方式分有：自承重架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆和海底光缆。按光缆结构分有：束管式光缆、层绞

6、式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆和可分支光缆。按用途分有：长途通信光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。光纤产生损耗的原因造成光纤损耗的主要因素有：本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同

7、轴度要求小于0.8μm)、端面与轴心不垂直、端面不平、对接心径不匹配和熔接质量差等。光纤损耗的分类：光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗；附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中，不可避免地要产生光纤连接损耗，光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗，究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化，因此，附加损耗是可以尽量避免的。在固有损耗中

8、，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。材料的吸收损耗是由于制造光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生振动、发热，而将能量散失掉而产生的；散射损耗是由于光纤材料分子的“瑞利散射”而引起的光损耗，鉴于目前的光纤制造工艺水平，可以说瑞利散射损耗是无法避免的。光纤接续衰减的产生影响光纤接续损耗的因素较多，大体可分为光纤本征因素和非本征因素两类。光纤本征因素是指光纤自身因素，主要有：光纤模