【光电通信】光纤基本知识介绍

1 光纤通信的特点

优点

l传输频带宽，通信容量大；

l传输衰减小，传输距离远；

l抗电磁干扰，保密性能好；

l适应能力强；

l耐腐蚀；

l体积小、重量轻，便于运输和敷设；

l原材料来源丰富、价格低廉。

缺点

l光纤弯曲半径不宜过小；

l光纤的切断和连接操作技术要求较高；

l分路、耦合操作繁。

2 光纤通信—光纤

光纤是光导纤维（OPTIC FIBER）的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。

目前通信用的光纤，基本上是石英系光纤，其主要成分是高纯度石英玻璃，即二氧化硅(SiO2) 。

1.1 光纤结构

光纤裸纤一般分为三层:纤芯、包层、涂覆层。

1.2 光纤工作原理

全反射原理：

若使光束从光密媒质射向光疏媒质时，则折射角大于入射角。

光波在光纤中实现全反射的条件是：

光纤纤芯的折射率大于光纤包层的折射率（n1 >n2）；

进入光纤的光线向纤芯-包层界面入射时，入射角应该大于临界角。

光纤就是利用这种全反射来传输光信号的。

1.3 光纤分类

1.3.1 按光纤的材料分：石英光纤、复合光纤、塑料光纤等。

1.3.2 按光纤剖面折射率分布分：

阶跃（SI）型光纤：在纤芯与包层区域内，折射率的分布分别是均匀的，分别为n1和n2，在纤芯与包层的边界处，其折射率的变化是阶跃的（n2<n1）。带宽较窄，适用于小容量短距离通信。

渐变（GI）型光纤：光纤轴心处的折射率最大(n1)，但随横截面径向的增加而逐渐减小，到纤芯与包层的边界处，正好降到与包层区域的折射率n2。带宽较宽，适中距离通信使用。

1.3.3 按传输的模式分：

多模光纤（MMF,multimode fiber）：可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重，所以在短距离通信领域中更受重视。

单模光纤（SMF,single-mode fiber）：只能传一种模式的光，因此其模间色散很小，目前在有线电视和光通信中应用最为广泛。

1.3.4 按ITU-T建议分：G.651（渐变型多模块光纤）、G.652（普通单模光纤）、G.653（色散位移光纤）、G.654（截止波长位移单模光纤）、G.655光纤（非零色散位移光纤）。

1.4、光纤传输特性

产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，影响光纤传输距离的主要原因是损耗。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。

1.4.1 光纤损耗

光纤损耗所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近，主要包括以下几种：

光纤损耗图：

1.4.2 光纤色散（Dispersion）

信号在光纤中是由不同频率成分和不同模式成分携带的，因而速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成分之间出现时延差，引起传输信号波形失真，脉冲展宽，从而产生码间干扰。

主要包括以下几种：

模式色散：在多模光纤中，各个模式走不同的路径，高阶模走的路程长，低阶模走的路程短，因此到达光纤终端的时间先后不同，造成脉冲展宽。限于多模光纤（由于信号不是单一模式）。

材料色散：(多模和单模光纤均有)因同一模式内不同波长的光波的传播速度不同，从而产生脉冲展宽，引起材料色散。

波导色散：一般限于单模光纤（由于信号不是单一频率）

如果信号是模拟调制，色散限制带宽（Bandwith）；

如果信号是数字脉冲，色散产生脉冲展宽（Pulse Brodaening）；

单模光纤在1310nm附近色散为0，色散位移光纤即是将色散波长从1310nm移到1550nm。

1.5、光波划分