通信傳輸光纖研究

張貽海

【摘要】 通信指的是兩點之間的信號傳輸，且必須要保證傳輸的有效性和準確性以及實時性。在有史以來的人類通信行也發展的進程中，通信是呈指數增長的速度發展的。用于通信的傳輸材料，叫做功能材料，是用于傳輸信號、存儲信號、探測信號等等用途的材料。早在很久以前，中國人就會使用光來傳送信號，比如烽火通信，歐洲人則是使用旗幟來代表信號[1]。1880年，美國人貝爾（Bell）發明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。貝爾發明的電話是現代電話的前身。1960年，美國人梅曼（Maiman）發明了第一臺紅寶石激光器， 給光纖通信帶來了嶄新的研究領域。激光器的發明和應用，使得停滯不前的通信進入了一個新的發展階段。

如今，對于傳輸光纜的研究依舊具有十分重要的意義。

【關鍵詞】 光纖 通信 傳輸

一、引言

光纖通信的發展可以粗略地分為三個發展的階段：第一階段（1966～1976年），是從研究時期開始向商用時期的轉變。第二階段（1976～1986年），這個時期是光纖通常發展的黃金時期，研究方向轉變為長距離傳輸以及低損耗。第三階段（1986～1996年），這個時期的目標是向著大容量和長距離的，是大面積商用的推廣時期[2]。

1976年美國在亞特蘭大進行的現場試驗，標志著光纖通信從基礎研究發展到了商業應用的新階段。此后這個發展階段之后，光纖技術手段不斷更新；其工作模式從多模發展到單模，其波長也是從短波向長波發展，傳輸速度更是成百倍的增長。隨著技術的進步和大規模產業的形成，光纖價格不斷下降，應用范圍不斷擴大。如今光纖是通信傳輸的主要途徑來，光纖是整個人類的信息載體。在許多發達國家，生產光纖通信產品的行業已在國民經濟中占重要地位。

二、光纖的特性

光纖的主要特性是：容許頻帶很寬，傳輸容量很大；

理論上說一根頭發絲粗細的光纖可以傳輸100億話電路。目前一根光纖傳輸50萬話電路（40Gb/s）試驗成功。比電纜等高出幾千幾十萬倍以上。

損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小；

光纖的衰減系數極低（目前已達0.25db/km以下）。中繼距離可達100km重量輕，細、體積小；直徑一般為幾微米到幾十微米[3]。相比電纜輕90%～95%（是電纜質量的1/20～1/10），直徑不到電纜的1/5.抗電磁干擾性能好；泄漏小，保密性能好；節約金屬材料，有利于資源合理使用。

光纖的種類包括：（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖。（2）折射率分布：階躍（SI）型光纖、近階躍型光纖、漸變（GI）型光纖、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。（3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。

三、光纖傳輸特性及原理

3.1損耗

光或者電磁波在光纖中傳播的時候，隨著傳播距離的增加，其功率逐漸減小的現象叫做損耗。長距離傳輸信號，光纖損耗是最的損耗途徑。除了傳輸損耗之外，吸收損耗和散射損耗是由光纖本身的特性決定的。另外，耦合損耗是光源與光纖之間的損耗、連接損耗是光纖之間損耗等，這些都是光纖傳輸損耗的因素。為了實現低損耗傳輸，光纖有三個低損耗窗口：0.85um，1.31um，1.55um。況且隨著波長的增加，光纖的損耗會越來越小[4]。

3.2色散

電磁脈沖或者光信號經過光纖的傳輸之后，在輸出端會有相位的延遲，這種現象稱為色散。（1）產生原因：由于光信號具有不同的頻率成分以及共奏模式，而且在光纖傳播的路徑不一樣，速度也不一樣，因此到達接收端的時間也都不一樣，即群時延差引入了色散。（2）導致問題：信號波形畸變，表現為脈沖展寬，產生碼間干擾，增加誤碼率。限制帶寬，影響通信容量和傳輸速率。（3）光纖的色散主要有模式色散、材料色散和波導色散。（4）模式色散：不同模式的光傳輸途徑不同，速度不同所引起的色散。（5）材料色散：由于光纖材料本身的折射指數隨波長而變化引起的色散。（6）波導色散：光纖的幾何結構不完善引起的色散。

光纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯，中間為低折射率硅玻璃包層，最外是加強用的涂覆層。光線在纖芯傳送，當光纖射到纖芯和外層界面的角度大于產生全反射的臨界角時，光線透不過界面，會全部反射回來，使光纖在纖芯內延其軸線方向，并束縛在其界面內傳送。

結論：光纖是通信的傳輸媒介，它的研究是十分重要的，在21世紀通信產業極速發展的今天，作為信號載體的光纖的研究是很具有實際價值的。好的技術和材質可以帶來良好的信號傳輸保障良好的通信能力，是具有十分重要的意義的。

參 考 文 獻

[1] 淺析有線電視全光網絡關鍵技術[J]. 殷亞男.科技資訊. 2014（12）

[2] 全光網絡的關鍵技術研究及其發展前景分析[J]. 李陵.中國新通信. 2013（08）

[3] 全光網絡淺析[J]. 鄭晨溪.物聯網技術. 2013（05）

[4] 通信技術課堂——全光網絡[J]. 電力系統通信. 2010（02）

[5] 全光網絡的安全及防范分析[J]. 喬婧，潘武，楊靜.光通信技術. 2008（03）