漫谈光纤通信

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欢迎访问e展厅 展厅 14 电线电缆/光纤展厅 电线, 电源线, 端子线, 线束, 同轴电缆, ... 1 光纤通信发展史 光纤通信是20世纪70年代发展起来的一种新型通讯方式。所谓光纤通信，就是将要传的电报、电话、图像和数据信号先变成光信号，经由光纤进行传输或者在本地进行光交换。 光实质上也是电磁波，只不过它的频率很高而已（3×1014Hz以上），现在的光通讯频率在近红外区，将来还要发展到中红外区和远红外区。 在60年代期间研究的光通信，大多利用大气进行传输，经大气进行光传输要受到大气的严重影响，气候变化能引起传输光束的抖动，恶化通信质量，尤其在大雾和雨雪天气，通信会因之而中断，难以实现“全天候”通信。另外大气传输必须具备“视线所及”的地理条件，这些使得大气光传输受到极大的限制。 1960年红宝石激光器的发明，为后来的光纤通信起到了推动作用，尤其是1962年，半导体激光器的出现，使光纤通信向实用化方面前进了一步。这种器件体积小，效率高，调制方便，十分适于光纤通信。 1966年英国标准电信研究所的英籍华人高锟博士，提出用石英材料制成光纤做光波导的理论。按照他的理论，美国康宁玻璃公司1970年研制出200dB/km的低损耗光纤。现在波长为1.3μm的光纤损耗达1dB/km以下，波长为1.55μm的光纤损耗达0.2dB/km，甚至可达0.15dB/km。 1976年英国首先建立起光纤图像传输系统，用以传输电视。1977年美国亚特兰大、日本先后建立数字光纤通信系统现场实验，用以传输电报、电话、图像及数据信号。从此以后，世界上相继建成了数千个光纤通信系统，从试验走向商用化的阶段。 2 光纤和光缆 2.1光纤 光纤主要是用玻璃预制棒拉丝成纤维，它包含纤芯和包层，是圆柱型。纤芯直径约5—75μm，包层有一定厚度，它的外径约100-150μm，最外面是塑料，起保护作用。纤芯的折射率比包层的折射率较高，约高1%，光波就是局限在纤芯与包层的界面以内向前传播。故光纤属于光波导。一根光纤就是一个波导，把光从一端送到另一端，是单方向传播。双方向通信需要两根光纤，一根传送去方向的光信号，另一根传送来方向的光信号，如纤芯直径细得与光波的波长相仿（例如纤芯直径5μm）时，光波导中传播单纯，可能只有一种模式，这样的光纤称为单模光纤，如纤芯直径较大（如纤芯直径50μm），则光波导中有许多种沿不同路径同时传播的模式，这样的光纤称为多模光纤。 纤芯截面的折射率分布有两种，一种为阶跃折射率分布，即纤芯内均匀的折射率，到了与包层的界面突然阶跃式的下降，变为包层的折射率，目前单模光纤多属此类，在这样的光纤中，光波在纤芯与包层的界面发生全反射。另一种为渐变折射率分布，即纤芯轴的折射率最大，折射率沿径向逐渐变小，到了与包层的界面降至包层的折射率。在这样的光纤中，光波在纤芯中的传播不是全反射而是产生折射，使传播途径的形状近似正弦波，目前多模光纤均属此类。 光纤有两项主要特性，即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或衰减（Db/km）关系到光纤通讯系统传输距离的长短和中继站间距离的选择；而色散特性则反映为时延畸变或脉冲展宽，光纤每单位长度的脉冲展宽（ns/km），在一定的传输距离和误码率的条件下，将使码速受到限制，也就是说限制了信息传输容量。 2.2光缆的结构特点和类型 光纤在实际应用时，必须用适当方式包装成光缆。有二芯、四芯、六芯、甚至一百余根光纤组合成为一根光缆，光缆的结构与电缆大至相同，但由于光纤材料的性质和传光特性，其结构与电缆又有不同之处，其特点如下: 2.2.1光缆中有加强件 因光纤横截面积小，抗张强度不高，只能承受400～600g的拉力。为了便于施工，故光缆中有能承受较大张力的加强芯和抗张件，此抗张件一般用钢绞线或尼龙材料制成。 2.2.2光缆有因温度变化而引起的光缆传输特性变化的措施。因光纤是玻璃纤维制成的，它受温度变化的影响要比其他材料小，故将出现微弯曲，而增加衰耗。 2.2.3光缆有防潮措施。这对长波长光纤非常重要，因为光缆内部受潮后，在1.3μm波长的衰减值将增大，防潮的方法有填充防水石油膏和充气维护法。 我们知道，光缆是依靠其中的光纤作为信道来完成信息传递任务的。因此光缆必须保证光纤具有稳定的传输特性，此外，由于通信光缆多是野外工作，暴露在各种自然外力和人为外力之中，还可能受到化学侵蚀，甚至鼠、鸟、虫、兽的伤害等，在光缆施工过程中受到弯曲和拉伸及扭曲变形难以避免。如何保证在这诸多外界因素的作用下，光缆中的光纤仍然能正常、可靠地工作，这都是光纤结构中必须考虑的问题。 由于成缆光纤的类别、成缆方式、光缆的结构不同，光缆的种类非常多，按成缆光纤分有多模和单模光缆；按加强构件、护层结构分类有无金属光缆、金属加强件光缆和铠装光缆；按成缆方式分常用的有骨架式和层纹式光缆；按用途和敷设方式分有架空、复合地线光缆、直埋和海地光缆等。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/2/2005)