探討光纖通信的傳輸特性以及應用

宮明

摘要：隨著信息時代的到來，光纖通信技術在信息傳輸領域的應用變得十分廣泛。為促進我國通信事業(yè)的發(fā)展，更好的應用這一現(xiàn)代化的通信技術，筆者將本文命名為《探討光纖通信的傳輸特性以及應用》。首先就光纖通信的傳輸特性進行了探討；然后分析了光纖通信的應用；最后對全文進行了小結。旨在與同行進行業(yè)務交流，以更好的了解光纖通信技術，從而更好的應用這一技術造福人類，為促進我國通信事業(yè)的發(fā)展貢獻綿薄之力。

關鍵詞：光纖通信技術；傳輸特性；應用

光纖通信技術是本世紀影響范圍最大和應用范圍最廣的現(xiàn)代信息技術。目前這一技術在各行各業(yè)的應用前景十分廣闊，尤其在通信領域的應用及其廣泛。因而我們在應用這一技術之前必須對其特點有一定的了解，其中對其傳輸特性的了解尤為重要。那么其傳輸特性是什么呢？又該如何應用呢？筆者帶著這些問題和自身工作實踐，就光纖通信的傳輸特性以及應用做出以下相關分析。

一、探討光纖通信的傳輸特性

所謂光纖通信，就是將光波作為傳播信息的載體，將光纖作為傳輸媒介的現(xiàn)代化通信方式。就原理分析，光纖通信的基本物質構成要素分別有光源、光纖和光檢測器，除根據材料、工藝和光學特性對光纖進行分類外，根據用途來分可分為通信和傳感用光纖。光纖通信技術雖然具有傳統(tǒng)信息傳播技術不具備的優(yōu)點，但也存在諸多不足，例如，質地脆、機械強度差、切斷和接續(xù)需要專業(yè)的技術設備、分路和耦合靈活性差、彎曲半徑較大以及供電難等問題。因而要應用這一通信技術就必須對其傳輸特性進行分析。光纖通信的傳輸特性可分為損耗和帶寬兩種特性，其特性好壞對其傳輸速率和中繼距離有著直接的影響，以下筆者就光纖通信的傳輸特性做出以下探討。

（一）損耗特性分析

在光纖傳輸時，光波的強度與傳輸距離的關系是，傳輸距離越長，強度越低，這一過程中光纖給光波造成的衰減即為光纖損耗。在系統(tǒng)中使用的光纖傳輸線的損耗形成原因有兩點：一是包括吸收、瑞利散射、結構不完整散射等在內的光纖自身的損耗；二是在傳輸系統(tǒng)中產生的彎曲損耗。

1、吸收損耗

在光波傳輸時，由于部分光能力會轉化成熱能，這一部分損耗即為吸收損耗。吸收損耗的形成主要由光纖玻璃自身的固有性吸收損耗和由于雜質的存在導致的吸收損耗。固有性吸收損耗又名本征吸收，即純凈材料（無任何雜質）中含有吸收損耗，且固有性吸收具有的吸收帶分別在紅外區(qū)和紫外區(qū)，紅外區(qū)的吸收帶的吸收峰位于波長10±2mm這一范圍之內，主要從尾部到所要使用的光通信波段范圍之內，影響小。而紫外區(qū)的吸收帶的吸收峰位于波長0.1mm周圍，具有較強的吸收性，而其尾部會處于0.9±0.2mm的波段范圍之內。而就物質的固有性吸收來看，當與峰值區(qū)域（1.4±0.2mm的波段范圍之內）遠離時，其固有性的吸收損耗屬于低谷區(qū)域。而由雜質的存在導致的吸收損耗主要光纖材料中的銅、釩、鎂、鎳、鉻、鐵、鈷等會由于金屬離子和水氫氧根離子的出現(xiàn)形成附加刑的吸收損耗。雖然當前在金屬離子雜質提純方面的光纖制造工藝已經十分成熟，能將其帶來的影響降低最低，可氫氧根離子造成的影響還相對較大，這主要是由于光纖材料及其制作過程都存在較多水分，即使提純也難以清除干凈，從而在光纖內殘留氫氧根離子，進而在波長0.94、1.24、1.38mm周圍產生吸收諧振峰，而峰值的大小又與其濃度成正比，因而為降低氫氧根離子帶來的影響，就必須確保工作波長與上述區(qū)域波長相避開，所以所選擇的工作波長應在波長0.85、1.30、1.55mm的周圍。

2、“瑞利散射”損耗

19世紀著名的物理學家發(fā)現(xiàn)了這樣一個現(xiàn)象：只要光波所照射的微粒不均勻且比光波長要小，那么光波就會朝著四面八方折射，俗稱“瑞利散射”。而“瑞利散射”損耗主要是光纖由于瑞利散射導致光波的衰減。而出現(xiàn)“瑞利散射”損耗的根源主要是由于光纖生產時冷凝條件不均勻導致其密度不均勻，且在摻雜過程中由于材料組成成分和濃度的不同。而這兩類均勻不同的微粒的大小與光波的長度相比的范圍內產生的折射率分散不均勻而導致“瑞利散射”損耗的出現(xiàn)。所以這一損耗是不能消除的，通常其損耗系數同光波長的四次方成反比例，工作波長越長損耗越低。

3、結構不完整散射損耗

結構不完整散射損耗主要源于光纖結構存在缺陷而形成的。結構不完整主要是指光纖的芯子和包層的交界面有細小的凹凸缺陷，芯徑和包層直徑發(fā)生的細小變化以及順縱軸方向的形狀發(fā)生改變等都會導致散射損耗的出現(xiàn)。而通過不斷提高其制造工藝水平和應用現(xiàn)代化的監(jiān)控技術能將此類損耗降到最低，目前的光纖制造工藝水平已經十分成熟，損耗已可以忽略不計，每千米低于0.02dB。

4、彎曲損耗

彎曲損耗屬于輻射性的損耗。其產生主要是因為光纖彎曲而導致的。產生彎曲的種類較多，主要有以下幾種：一是當光纖集束成纜時出現(xiàn)的彎曲；二是在敷設光纖、光纜時以及施工和接續(xù)時出現(xiàn)的彎曲。一旦彎曲率半徑過小，使得芯子內的光射線難以滿足反射的條件，將一些光功率從傳輸轉成輻射的模式形成損耗。即彎曲率半徑與損耗成反比。通常情況下，彎曲率半徑大于十公分，那么其形成的損耗幾乎為零。所以在施工中應確保動靜態(tài)下的光纖彎曲率半徑滿足限值要求，而為確保光纖不會出現(xiàn)斷裂和損傷，就應在確保彎曲率半徑大于十公分的基礎上確保動態(tài)的彎曲率半徑限值要比靜態(tài)的彎曲率半徑限值要大。

（二）光纖的帶寬特性

光纖的帶寬特性也叫色散特性。色散就是由于承載傳輸信號的不同模式或不同頻率成分的光波傳播速度不同，經光纖傳導到達同一終端的時間有先有后，產生的群時延不同，存在時延差，這時延差就表示色散。對于光通信來說，大多數光纖通信系統(tǒng)采用數字通信方式，在這種通信系統(tǒng)中，用數字脈沖信號去調制光載頻，因而，在光纖中所傳輸的是一個個的光脈沖信號，由于信號的各頻率成分或各模式成分的傳輸速度不同，當它在光纖中傳輸一段距離后，將互相散開，于是光脈沖被展寬，嚴重時前后脈沖將互相重疊。這將形成碼間干擾，增加誤碼率，使通信質量下降。為保證通信質量，必須加大碼間距離，也就是減少單位時間的脈沖數量，這就降低了通信容量。另一方面，傳輸距離越長，脈沖展寬越嚴重，因而色散也就限制了光纖的一次傳輸距離。

二、光纖通信的應用及發(fā)展趨勢的展望

光纖通信因其自身優(yōu)勢而能夠滿足各種復雜的通信業(yè)務要求，而成為首選通信方式。目前，我國己建成以北京為中心向四面八方面各個方向輻射的長途干線光纖網，全國“八縱八橫”光纖通信網已建成。隨著我國通信事業(yè)的迅速發(fā)展，以光纖通信為基礎的傳輸網絡還會建設的更多，我國的光纖通信技術應用領域將更加寬廣，我國的經濟建設步伐將大大加快。

三、結語

總之，探討光纖通信的傳輸特性對光纖通信技術的應用具有十分重要的意義。作為新時期背景下的通信工作者，我們只有不斷提高自身的專業(yè)技術水平，認真學習現(xiàn)代化的光纖通信技術，做到實踐與理論的有機結合，將光纖通信技術的作用發(fā)揮到最大，在助推我國通信事業(yè)發(fā)展的同時為實現(xiàn)2020年全面建成小康社會奠定堅實的信息基礎，并為之而不懈努力。

參考文獻

[1]王惟正.淺談光纖通信的發(fā)展與展望[J].科技資訊，2012，（22）.

[2]韓沛華.對光纖通信技術的研究[J].科技風，2012，（09）.

[3]劉芳.光纖通信技術的發(fā)展與趨勢[J].中國證券期貨，2012，（05）.

[4]楊莉，郭紅英.淺談光纖通訊傳輸的常見問題與解決方法[J].數字技術與應用，2011，（06）.