通信系統(tǒng)中的光纖通信技術(shù)淺析

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0 引言

光線價(jià)格隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷降低，與此同時(shí)，光纖應(yīng)用范圍也在不斷的擴(kuò)大，可以說光纖已經(jīng)逐漸替代其他媒介，正成為信息寬帶傳輸時(shí)候的主要媒介。綜合這些情況來說，國家未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱就是光纖通信系統(tǒng)。所以，筆者在此對(duì)通信系統(tǒng)中的光纖通信技術(shù)進(jìn)行了剖析。

1 通信系統(tǒng)的發(fā)展及組成

通信技術(shù)的發(fā)展可以根據(jù)其歷程分為三個(gè)階段，詳細(xì)情況如表1 所示。

表1 通信技術(shù)的發(fā)展階段

通信的基本形式是在信源與信宿之間建立一個(gè)傳輸或轉(zhuǎn)移信息的通道。建立該通道，實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸介質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。這里本文以基本的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為參考實(shí)例，如圖1 所示。組成部分的詳細(xì)的分析，如表2 所示。

圖1 通信系統(tǒng)的組成

2 光纖通信中的介質(zhì)構(gòu)成

2.1 光纖

光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖是由纖芯、包層、涂覆層和護(hù)套構(gòu)成的一種同心圓柱體結(jié)構(gòu)。其中，纖芯和包層光纖的核心部分。纖芯是光波的主要傳輸通道；包層將光信號(hào)封閉在纖芯中并起到保護(hù)纖芯的作用。纖芯粗細(xì)、纖芯材料和包層材料的折射率，對(duì)光纖的特性起決定性影響。按照光纖中傳輸模式的多少來進(jìn)行劃分，可以將光纖分為兩大類：一類是單模光纖；另一類是多模光纖。在光纖通信中，石英光纖是使用的主要媒質(zhì)。在不同的環(huán)境中，為了都能使用光纖，這就必須讓光纖與不同的元件進(jìn)行結(jié)合，來構(gòu)成光纜。

2.2 光纜

通常來說，光纜由3 部分組成：一是纜芯；二是加強(qiáng)元件；三是護(hù)層。其中，纜芯主要用于傳輸光波，它的組成是由單根或多根經(jīng)二次涂覆處理后的光纖構(gòu)成；再者，加強(qiáng)元件的主要作用就是增強(qiáng)光纜敷設(shè)時(shí)可承受的拉伸負(fù)荷，它的組通常用金屬絲或非金屬的合成纖維構(gòu)成；而護(hù)層的主要作用就是是對(duì)已形成光纜的光纖芯線起相應(yīng)的保護(hù)作用，為的是避免受外界機(jī)械力和特殊環(huán)境的損傷，護(hù)層一般具有阻燃、防潮、耐壓、耐腐蝕等特性。

2.3 光源

在光發(fā)射機(jī)的諸多器件中，關(guān)鍵器件之一就是光源，它的功能就是把接收到的電信號(hào)進(jìn)而轉(zhuǎn)換為發(fā)射的光信號(hào)。在光纖通信系統(tǒng)中，目前，被廣泛使用的光源主要有兩類，一類是半導(dǎo)體激光二極管，又被稱為激光器（LD）；另一類是半導(dǎo)體發(fā)光二極管，又被稱為發(fā)光管（LED）。有時(shí)候在有些場合也有可能使用固體激光器。半導(dǎo)體激光二極管轉(zhuǎn)換效率高，與光纖耦合好，當(dāng)輸入電流達(dá)到閾值時(shí)光譜特性好，主要用于長距離和大容量的光纖通信系統(tǒng)中。

表2 通信系統(tǒng)的組成部分

2.4 光電檢測器

光電檢測器是一個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)的器件，既是通過光電效應(yīng)，然后將接收到的光信號(hào)進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一個(gè)器件，它也是光接收機(jī)的核心部件。目前常用的光電檢測器主要有半導(dǎo)體PIN 光電二極管和APD 雪崩光電二極管。一般光纖通信系統(tǒng)對(duì)光電檢測器有如下要求。

響應(yīng)度足夠高，即對(duì)一定的入射光功率能夠輸出盡可能大的光電流。響應(yīng)速度足夠快，以適用于高速寬帶系統(tǒng)。

噪聲低，對(duì)信號(hào)影響小。PI 曲線線性好，信號(hào)光電轉(zhuǎn)換不失真。

體積小，工作壽命長。

PIN 光電二極管是在PN 光電二極管的PN 結(jié)中間設(shè)置了一層慘雜濃度很低的本征半導(dǎo)體構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，工作電壓低，使用方便，且量子效率高，器件噪聲小，帶寬高，但靈敏度比APD 光電二極管低，因此廣泛應(yīng)用于靈敏度要求不高的場合。APD 二極管靈敏度高，增益高，但電壓高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪聲大，因此多用于對(duì)光接收機(jī)靈敏度要求較高的場合。

3 通信系統(tǒng)中的光纖通信技術(shù)

光纖通信技術(shù)現(xiàn)狀截止到目前為止，我們可以看到光纖通信技術(shù)已經(jīng)有了很大提升，它的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。時(shí)至今日，光纖通信技術(shù)已具有了高速率、大容量等優(yōu)點(diǎn)，它的這些優(yōu)點(diǎn)都在在通信系統(tǒng)中體現(xiàn)出來，并且被廣泛應(yīng)用在許多地方。光纖通信主要技術(shù)有有以下幾種。

3.1 波分復(fù)用技術(shù)

所謂波分復(fù)用技術(shù)（wavelengthdivisionmultiplexing， WDA）就是指將多個(gè)攜有信息、頻率不同的信號(hào)利用合波器整合到一起，然后沿著一條光纖傳輸，最后用某種方法在接收端接收，將波長不同的信號(hào)分別提取出來的光通信技術(shù)。WDA主要利用的是光纖低損耗波段的帶寬資源優(yōu)勢，來增加光纖的傳輸帶寬，從而使光纖傳送信息的有效帶寬增加一倍至數(shù)倍，從而有效的提高了頻帶利用率。

3.2 光纖接入技術(shù)

光纖接入技術(shù)一種是面向 FTTH（光纖到戶）和FTTC（光纖到路邊）的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。OAN（光纖接入網(wǎng)）是電信網(wǎng)中發(fā)展最快的接入網(wǎng)技術(shù)，能夠有效解決窄帶業(yè)務(wù)（如電話）的接入問題外，還可以解決寬帶業(yè)務(wù)（如調(diào)整數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、多媒體圖像）的接入問題。光纖接入技術(shù)將傳統(tǒng)接入技術(shù)進(jìn)行了有效的改變，進(jìn)一步增加城域網(wǎng)和核心網(wǎng)和的容量。光纖接入技術(shù)更容易與其他技術(shù)相結(jié)合，形成APON、GPON 和EPON。

3.3 光孤子通信

在光纖通信系統(tǒng)中，由于光纖存在損耗和色散，從而使傳輸容量和距離在很大程度上都受到了限制。光孤子通信的出現(xiàn)極其有效的解決了光纖色散問題。所謂光孤子通信是在光纖長距離傳輸中，用光孤子超短光脈沖做信息載波，信號(hào)的波形和速率始終保持不變，并且可以到近零誤碼率信息傳遞的通信方式。

4 結(jié)論

光纖通信技術(shù)因?yàn)槠浔旧淼闹T多優(yōu)點(diǎn)，在各行各業(yè)里面得到了廣泛應(yīng)用，其已經(jīng)成為通信技術(shù)中的重要組成部分，在信息傳輸中扮演著重要角色，相信未來中光纖技術(shù)會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。

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