光纤通信基础知识

光纤通信基础知识作者：吴宝林

(FiberHandbookTechnologyData)广东中人网络发展有限公司目录一、光纤通信的概念二、光纤通信发展简史三、光纤通信的优缺点四、光纤通信的应用五、光纤通信系统的组成一、光纤通信的概念

光通信是指以光作为信息载体而实现的通信方式。按传输介质的不同，可分为大气激光通信和光纤通信，大气激光通信是利用大气作为传输介质的激光通信。光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维（光纤）作为传输介质的一种通信方式。光纤通信技术是30年来迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。

光波是一种电磁波（电磁波分长波、中波、短波、超短波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线等），光纤通信所用的波长位于近红外光区，工作波长是800—1600nm,可见光的波长是350nm—750nm,目前电信网用的工作波长是1310nm和1550nm两种波长,也就是两种工作窗口。一、光纤通信的概念电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线二、光通信发展简史2000多年前，中国古代开始用“烽火台”报警，这是一种目视光通信。1880年贝尔发明了一种利用光波作载波传输话音信息的“光电话”，他用可见光在数百米的距离上以无线方式进行了传输话音的“光电话”实验。然而受到当时技术条件的限制，这种形式的光通信一直未能发展到实用阶段。究其原因有二：一是没有可靠的、高强度的光源；二是没有稳定的、低损耗的传输介质。在此后的几十年间未能突破，直到1960年才有实质性发展。二、光通信发展简史1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望，和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。二、光通信发展简史二、光通信发展简史

1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径。1970年，光纤研制取得了重大突破。美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。二、光纤通信发展简史

1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器，1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用，系统采用渐变型多模光纤，速率为44.7Mb/s。随后美国很快敷设了东西干线和南北干线，穿越22个州光缆总长达5×104km。二、光通信发展简史1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s，传输距离为64km的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400km，初期传输速率为400Mb/s，后来扩容到1.6Gb/s。由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成，全长6400km；第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成，全长13200km。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。二、光通信发展简史国内外光纤通信发展的现状光纤:多模单模，工作波长:0.85μm1.31μm和1.55μm，传输速率:几十Mb/s几十Gb/s。应用范围:市话局间中继长途干线用户接入网数字电话有线电视(CATV)单一类型信息的传输多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。

二、光通信发展简史三、光纤通信的优点1、频带宽，通信容量大。2、损耗低，中继距离长。3、抗电磁干扰。4、无串音干扰，保密性好。5、光纤线径细、重量轻、柔软。6、光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。1、频带宽，通信容量大光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。2、损耗低，中继距离长目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至10-9dB/km。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特别的意义。3、抗电磁干扰光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。4、无串音干扰，保密性好

光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。5、光纤线径细、重量轻、柔软光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，8芯光缆的横截面直径约为10mm，而标准同轴电缆为47mm。利用光纤这一特点，使传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重量比电缆轻得多，例如18管同轴电缆1m的重量为11kg，而同等容量的光缆1m重只有90g，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。6、光务纤的原雁材料资俭源丰富仅，用光马纤可节坝约金属条材料光纤的材睡料主要是劲石英(二上气化硅)典，地球上男有取之不盘尽用之不湾竭的原材逆料，而电贷缆的主要扒材料是铜竿，世界上炮铜的储藏添量并不多轨，用光纤础取代电缆渔，则可节其约大量的泄金属材料古，具有合寻理使用地腥球资源的歉重大意义郊。光纤除颠具有以上核突出的优挠点外，还俗具有耐腐临蚀力强、遭抗核幅射就、能源消巷耗小等优疾点，其缺介点是质地畜脆、机械吵强度低，洪连接比较辈困难，分森路、耦合师不方便，量弯曲半径诉不宜太小往等。这些渐缺点在技肿术上都是光可以克服贸的，它不忠影响光纤赖通信的实谷用。近年屿来，光纤刮通信发展俊很快，它狗已深刻地敏改变了电叠信网的面糕貌，成为季现代信息铃社会最坚肺实的基础家，并向我闷们展现了枪无限美好巴的未来。三、光亮纤通信膝的缺点光纤弯曲箩半径不宜众过小；光纤的榴切断和悟连接操谣作相对材复杂；分路、拘耦合相倾对麻烦吩。四、光纤月通信的应掉用光纤可以严传输数字坝信号，也奋可以传输蜡模拟信号剧。光纤通痒信的各种韵应用可概军括如下：踪蝶①通信网，包括全穗球通信网到(如横跨用大西洋和炎太平洋的塞海底光缆蛾和跨越欧倦亚大陆的兵洲际光缆耳干线)、拜各国的公辣共电信网艳(如我国堂的国家一的级干线、缺各省二级虑干线和县邻以下的支晕线)、各誓种专用通紧信网(如迈电力、铁灯道、国防干等部门通疗信、指挥礼、调度、延监控的齿光缆系统音)、特殊双通信手段前(如石油选、化工、焰煤矿等部昌门易燃易数爆环境下荐使用的光草缆，以遵及飞机、殃军舰、潜边艇、导弹弱和宇宙飞响船内部的梳光缆系统慰)。四、光纤骑通信的应限用②因特网的计算机柿局域网和看广域网，循如光纤以祸太网、非路由器之指间的光纤章高速传输语链路。贷③有线电视话网的干线直和分配毒网；工例业电视情系统，狭如工厂没、银社行、商耕场、交肚通和公稀安部门洗的监控休；自刘动控制以系统的柿数据传帐输。匀④综合业见务光纤瓜接入网，分为狠有源接币入网和废无源接捉入网，舞可实离现电话桨、数据枯、视频贪(会议资电视、馒可视电连话等)劝及多媒兽体业务反综合接勒入核心丈网，提握供各种挂各样的搁社区服际务。光纤通信纽奉系统的组凳成光纤通信童系统的基最本构成信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件上图中艺的结构曾主要由原3部分械组成：郊光发射亦机、光胳纤光缆其和光接阁收机。萝由于光招纤只能垫传光信仆号不能距传电信稍号，因美此，这纺种通信嫩系统在锄发送端纯必须先球把电信烘号变成齿光信号并，在接为收端再廊把光信遍号变为携电信号住，即电干/光和层光/电怕变换。策其电/假光和光归/电变酒换的基渴本方式偷是直接呜强度调型制和直仿接检波恭。也就凑是说在侦发送端初对电信洽号直接贫调制成密光信号千进行发号射，在蔽接收端离直接对长光进行泉检波再究转换成态电信号关。光纤通揪信系统部的组成1.光集发射机（联光端机）光发射机捆的功能是村把输入电赶信号转换事为光信号缺，并用耦墨合技术把亩光信号最图大限度地蚂注入光纤浓线路。光发射丙机由光耳源、旁驱动器牙和调制游器组成役，光源寸是光发参射机的屋核心。目前广泛拍使用的光策源有半导竖体发光二原极管(L拆ED)和就半导体激久光二极管贷(或称激嘴光器)(众LD)，献以及谱肠线宽度很鼠小的动态肉单纵模分停布反馈(甚DFB)袭激光器。辱有些场合中也使用固叮体激光器算，例如大步功率的掺仙钕钇铝石茂榴石(N狸d:Y络AG)激挤光器。光发射勒机把电坐信号转泰换为光摧信号的级过程(到简称为电/光或不E/O转厦换)，是谎通过电砌信号对锣光的调晒制实现许的。目前采用直接调制煌方式，用缠电信号直须接调制半执导体激光拒器或发光兴二极管的垦驱动电流破，使输出减光随电信仪号变化而同实现的。修这种方馒案技术简堤单，成昏本较低，甜容易实现谜，但调制禽速率受激戒光器的频先率特性所录限制。1.绣光发射场机（光益端机）光端机的缎图例-DC48V+2M：出4出3出2出1音频接口光发光收2M：入4入3入2入1数据接口...GD/MF8HS-IIIC后面板图GD/MF8HS-IIIC上盖板图电源失步2M中断环回呼叫截铃收无光误码对告光端机名的正面究图片1.穴光发射臭机（光腾端机）光端机垃的背面菜图片1.光箭发射机（到光端机）2.振光纤线哥路光纤线路兄的功能是窜把来自光序发射机的献光信号，蚂以尽可能拨小的畸变那(失真)溪和衰减传登输到光接晓收机。光啊纤线路由光纤、光时纤接头和满光纤连接桶器组成。光钞纤是光纤酿线路的主睬体，接头绍和连接器据是不可缺述少的器件校。实际工断程中使用旅的是容纳劣许多根光欧纤的光缆。对光纤的驶基本要求趟:损耗和曾色散小独，机面械特性贩和环境拐特性好紧.例如，在鸟不可避免笋的应力作楼用下和环嫩境温度改叹变时，保轰持传输特令性稳定。香目前使仰用的石份英光纤势有多模光兆纤和单模光纤，单模击光纤的巷传输特皆性比多覆模光纤秧好，价借格比多飞模光纤胡便宜，常因而得倡到更广顾泛的应叮用。单模光纤绪配合半导体激逝光器，适合大霞容量长距岔离光纤传阔输系统，水而小容量坚短距离系哨统用多模牵光纤配合半导体发绝光二极管更加合奴适。常用连接箩器类型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack常用连社接器类棋型FCT轻ypeSCT贤ypeSC2忍TypeFDD座Ty骆pe常用连竖接器类壮型BICO贷NIC掌TypeD4呼Typ些eSMA隙905圈TypeSMA臭90论6T舱ypeMIN倒IB洲NC剖Typ卧e3.光不接收机光接收酸机的功践能——烫把从光屠纤线路盟输出、港产生畸痕变和衰逼减的微拦弱光信献号转换枝为电信鲁号，并永经放大挎