淺談光纖通信

【摘要】 近年來隨著IP業務量的爆炸式增長，電信網正開始向下一代可持續發展的方向發展。光傳輸網是下一代網絡的物理基礎。光纖通信即將進入蓬勃發展的新高潮。本文主要介紹光纖通信的原理、優點、種類以及常見的光纖故障。

【關鍵詞】 光纖通信 原理 種類 特性

光纖通信是以光波為載頻，以光導纖維為傳輸媒質的一種通信方式。1966年英籍華人高錕博士首次提出了光導纖維的概念。在1970年，美國的康寧公司生產出了衰減為20dB/Km的光導纖維，而又在同年美國貝爾實驗室實現了GaA1As半導體激光器，這種激光器可以再室溫下連續工作。正是這兩項重要成果的問世，拉開了光纖通信的序幕，從此一種嶄新的通信方式由此誕生。

光纖通信系統經歷了四代的變更，1973年～1976年研制成功的波長850nm速率為45Mbit/s的多模光纖系統稱為第一代光纖通信系統；1976年～1982年第二代光纖通信系統投入使用，其波長1300nm，損耗為0.5dB/km，最小色散值近似為零，可傳輸中等碼速的數字信號；自1982年開始，長波長單模光纖通信系統開始在世界各地陸續商用，其波長為1310nm，可傳輸準同步數字體系（PDH）的140Mbit～565Mbit/s的較高速信號，中繼距離為50km左右，這種系統稱為第三代光纖通信系統；1991年出現了第四代光纖通信系統，即同步數字體系（SDH）的光纖通信系統，目前正處于實用化的高潮階段，最高速率已達2.5Gbit/s。

長途光纖數字通信系統的基本組成圖如下所示：

其簡單工作原理為：電發射端機將用戶信息進行模/數轉換和時分復用，光發射端機將含有用戶信息的電信號轉變成光信號送入光纖，光信號在光纖中傳輸并通過中繼器到光接收端機，然后將接收到的光信號轉變成電信號，經放大和處理后輸出相應的電信號。電接收端機的作用是完成數/模變換和信息分路，將所傳信號送給相應的用戶，從而完成整個傳輸過程。

光纖通信之所以能夠飛速發展，是由于它具有以下的突出優點而決定。

1. 傳輸頻帶寬、通信容量大

通過信息理論，我們都知道：載體所載波的頻率越高，那么它的通信容量就會越大，我們目前所使用的光波頻率要比微波頻率高得多，可達到微波頻率的103～104倍，所以現在的通信容量約約是原來用微波頻率通信容量的103～104 倍。

2. 損耗低

我們目前所使用的光纖均為石英系光纖，要想減少光纖的損耗，目前主要依靠的是提高玻璃纖維的純度來達到。但現在制成的SiO2玻璃介質的純凈度高，所以光纖的損耗也就非常的低。還有就是光纖為非金屬介質材料，兩中繼站之間的距離可以很長，這樣在整個通信線路中就減少了中繼站數，節約了成本。

3. 線徑細、重量輕

現在光纖的直徑本身就很小，大約只有0.1mm，在制成光纜后，它的直徑比電纜還細，而且重量也是比較輕的。這樣它的空間利用率就很高，而且還可以制造多芯光纜。

一、光纖的結構

現在我們通信用的光纖都是石英玻璃（SiO2）制成的，它的橫截面很小，而且又是雙層的同心圓柱體。在還沒有涂覆和套塑料時，我們把它稱為裸光纖，是由纖芯和包層組成的。石英玻璃的質地比較脆，還容易斷裂，我們為了保護光纖表面，提高它的抗拉強度，為了便于使用，都需在裸光纖的外面進行兩次涂覆構成光纖芯線。纖芯、包層、涂覆層和套塑這四部分構成光纖心。

二、光纖的種類

光纖的分類形式有多種，按照傳輸的總模數可以分為單模光纖和多模光纖兩種。單模光纖的纖心直徑約為4～10um，它只傳輸主模，所以比較適合大容量，長距離光纖通信。按照傳輸的性能距離和用途可以分為長途光纖，市話光纖，，海底光纖和用戶光纖。按照折射率分布的不同可以分為均勻光纖（突變型光纖）和非均勻光纖（漸變形光纖）兩種。按照套塑方法分類可以分為緊套光纖，松套光纖，束管光纖和帶狀多芯單元光纖。

三、光纖的損耗特性和色散特性

3.1光纖的損耗特性

當光波在光纖中傳輸時，隨著光波傳輸距離的增加，光功率就會逐漸的下降，這就稱為光纖的傳輸損耗。而光纖每單位長度的損耗會直接關系到光纖通信系統傳輸距離的長短。損耗越多，傳輸的距離也就越短。當然形成光纖損耗的原因有很多，就目前來看，主要有來自光纖本身的損耗，也有光纖與光源耦合時產生的損耗 還有就是光纖之間的連接也會產生損耗。

3.2光纖的色散特性

光纖的色散包括模式色散、材料色散和波導色散三種。

光信號在光纖中傳輸時，不同頻率成分或不同模式的信號傳播的速度會不同，導致傳播信號在光纖中的傳播時間不同，這會使得光信號中的不同頻率成分或不同模式到達光纖終端時，先后順序不同，從而會使得波形畸變。也就影響了信號的接受，導致信號失真。這種現象主要表現在傳單個脈沖信號。單個脈沖的光脈沖將會隨著傳輸距離的延長，它的的寬度越來越被展現。

四、光纜的結構和種類

我們為了把光纖敷設到實際線路中，并在運行中經受實際環境的侵擾，必須對被覆蓋光纖再施保護，做成光纜。光纜的種類有很多，但不論光纜的具體結構形式如何，它都是由纜芯、護套和加強元件組成。它的分類形式主要有以下兩種形式：按照纜中光纖數分為單芯光纜和多芯光纜；按照纜芯的結構分層絞式光纜、單位式光纜、骨架式光纜和帶狀式光纜。

五、常用測試儀表的用途和常見的光纖故障

我們現在對運行中的光纜線路的維護主要是及時發現問題和正確處理問題。

光線路出現問題的主要表現是系統傳輸的誤碼率突然增加，甚至完全中斷，從而在端機上發生相應告警。在確認不是端機引起的事故后，便可著手檢查線路故障。

檢查線路故障的主要方法是用OTDR對線路進行測試。因此，維護人員對OTDR的使用和顯示曲線的分析一定要很熟練，能夠誰是做出相應正確的判斷。

5.1光時域反射儀（OTDR）簡稱光時域計

它是通過被測光纖中產生的背向瑞利散射信號來工作的，所以又叫做背向散射儀。它主要是用來測量光纖的長度、光纖故障點、光纖衰耗以及光纖接頭損耗等。是光纖生產、施工和維護中不可缺少的儀表。

OTDR由激光源將一束光脈沖發射到被測光纖中。通常要選擇脈沖的寬度。由被測光纖鏈路特性及光纖本身特性反射回的信號返回OTDR。信號通過一耦合器到接收機，在那里光信號被轉換為電信號。最后經分析并顯示在屏幕上。

由時間值乘以光在光纖中的速度即得到距離，這樣，OTDR可以顯示返回的相對光功率對距離的關系。有了這個信息，就可得出有關鏈路的非常重要的特性如下：

距離：鏈路上特征點（如接頭、彎曲點等）的位置，鏈路的距離等。

（1） 損耗：單個光纖接頭的損耗。

（2） 衰減：鏈路中光纖的衰減。

（3） 反射：一事件的反射大小，如活接頭。

5.2光功率計

實現光通信離不開光功率這個重要參數。發送機輸出光功率、接收光功率、接收靈敏度和動態范圍的測量，實際上也是在滿足一定誤碼率條件下測量能接收的最小光功率和最大光功率。光纖衰耗、接頭衰耗的測量、實際上也是測量光纖兩端的光功率。而光功率計就是測量光功率的儀表，所以它是光通信科研、生產、施工維護中必備的儀表之一。

測量光功率有熱學法和光電法。熱學法在波長特性、測量精度等方面比較好，但響應速度慢、靈敏度低、設備體積大。光電法有較快的響應速度、良好的線形特性而且靈敏度高、測量范圍大，但其波長特性和測量精度方面不如熱學法。因此根據熱學法制成的光功率計一般均作為標準光功率計。

5.3最為常見的光纖故障

光纖故障排除是一個非常復雜的過程，因此知道從什么地方入手是非常關鍵的，只有知道如何入手才能去解決這些故障。才能更好的為光纖通信打好基礎。當然光纖通信的故障一般比較少，一些主要的問題，前人已有很多各種經驗。在這里簡單介紹一些最常見的光纖故障以及產生這些故障的可能因素。主要故障有光纖的斷裂，光纖傳輸功率不足，光纖鋪設的距離過長導致傳輸的信號變弱或消失，光纖的鏈接器受損，光纖接頭脫落損壞等一些問題。

通常而言，這些故障可以通過查一些手冊了解基本的解決方法。

六、結束語

世界的發展越來越快，從傳統的狼煙信息傳遞一步一步走到到現在的光纖通訊。信息量傳遞越來越大，要求也越來越高，所面臨的挑戰也越來越大。傳遞量大，速度快，信息準確已經是一個基本要求。而光纖通信系統是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統。正符合這一要求。隨著國際互聯網業務和通信業的飛速發展，信息化給世界生產力和人類社會的發展帶來了極大的推動。光纖通信作為信息化的主要技術支柱之一，必將成為21世紀最重要的戰略性產業。最近幾年，光纖通訊的發展越來越迅猛。隨著超大容量密集波分復用系統的發展應用，又在光纖通信發展史上增添了濃重的一筆，也是光纖通信發展史上的又一里程碑。它不僅僅是徹底的開發了無窮無盡的光傳輸線路容量，而且也是將成為IP業務爆炸式發展的催化劑和下一代光傳送網靈活光節點的基礎。