光纤通信技术基础 浅析光纤通信技术的优缺点

光纤通信技术是以光波为信号载体，以光导玻璃纤维为传输媒质的一种通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。

光纤与以往的铜导线相比，具有损耗低、频带宽、无电磁感应等传输特点，因此，人们希望将光纤作为灵活性强且经济的优质传输介质，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中。这两种通信方式在今后电话业务的发展中是不可缺少的。

光纤和以往的铜导线相比有本质的区别，因此，在传输理论、制造技术、连接方法、测试方法等方面，基本上都不能采用铜质电缆的理论和方法。

光纤通信具有一系列优异的特性，因此，光纤通信技术在80年代初投入商用以来发展速度之快，应用面之广是通信史上罕见的。可以说这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。

光纤通信技术基础的基本知识

光纤是光导玻璃纤维的简称，就是用来导光的透明介质纤维，它是一种新型的光波导。光纤外径一般为125~140μm，芯径一般为3~100μm。

一、光纤的结构

一根实用化的光纤是由多层透明介质构成的，一般为同心圆柱形细丝，为轴对称结构，一般可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层

光纤的结构一般是双层或多层的同心圆柱体。中心部分是纤芯，纤芯以外的部分称为包层。纤芯的作用是传导光波，包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。为了达到传波的目的，需要使光纤材料的折射率n1，大于包层材料的折射率n2。为了实现纤芯和包层的折射率差，必须使纤芯和包层材料有所不同。目前实用的光纤主要是石英。如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，则就可作为纤芯材料。同样如果在石英中掺入折射率比石英低的掺杂剂，则就可以作为包层材料，经过这样掺杂后，上述的目的就可达到了。也就是说，光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成的。

光纤的分类。

光纤的分类方法很多，可以按材料性质、折射率分布、套塑方式及按照ITU-T建议分类等进行分类。下面介绍通信光纤的分类

(1)按光纤的制造材料分类，按照光纤制造材料的不同，光纤可分为玻璃(石英)光纤和塑料光纤。

(2)按传输模的数量，可分为多模光纤和单模光纤。

(3)按光纤的工作波长分类，石英光纤按波长分类，可分为短波长光纤的和长波长光纤。

(4)按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤。

(5)按照ITU—T建议分类

为了使光纤具有统一的国际标准，国际电信联盟—电信小组(ITU—T)制订了统一的光纤标准(G标准)。按照ITU—T关于光纤的建议，可以将光纤分为G.651光纤(又称为渐变型多模光纤)G.652光纤(又称为常规单模光纤或1.31μm性能最佳单模光纤)G.653光纤(又称为色散位移光纤—DSF)G.654光纤(又称为1550nm性能最佳单模光纤)G.655光纤(又称为非零色散位移光纤，主要包括非零色散位移光纤NZDSF和大有效面积光纤LEAF)等。

光纤的结构一般是双层或多层的同心圆柱体。中心部分是纤芯，纤芯以外的部分称为包层。纤芯的作用是传导光波，包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。为了达到传波的目的，需要使光纤材料的折射率n1，大于包层材料的折射率n2。为了实现纤芯和包层的折射率差，必须使纤芯和包层材料有所不同。目前实用的光纤主要是石英。如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，则就可作为纤芯材料。同样如果在石英中掺入折射率比石英低的掺杂剂，则就可以作为包层材料，经过这样掺杂后，上述的目的就可达到了。也就是说，光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成的。

光纤通信与电通信方式的主要差异有两点：一是用光波作为载波传输信号，即传输的是光信号;二是用光导纤维构成的光缆作为传输线路，即以光纤作为媒质传输手段。因此，在光纤通信中起主导作用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维。半导体激光器的发光面积很小，它输出稳定而且方向性极好的激光，激光可以运载巨大的信息量。光纤是一种介质光波导，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。它是由直径大约只有0.1mm的细玻璃丝构成。

光纤通信之所以能够飞速发展和受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性而决定的。

1.传输频带宽、通信容量大

理论讲，载波频率越高通信容量越大，因目前使用的光波频率比微波频率高103~104倍，所以通信容量约可增加103~104倍。一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000亿个话路。虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输24万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。

2.传输损耗低

目前实用的光纤均为sio2(石英)系光纤，要减小光纤损耗，主要是靠提高玻璃纤维的纯度来达到，由于目前制成的sio2玻璃介质的纯净度极高，所以光纤的损耗极低。在光波长λ=1.55μm附近，衰减有最低点，可低至0.2dB/km，已接近理论极限值。

3.不受电磁干扰

光纤由电绝缘的石英材料制成，绝缘性能好，不受各种电磁场的干扰和

闪电雷击的损坏。无金属光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。因此，光纤通信不受电磁的干扰，这是电通信所不能比拟的。

4.中继距离长

由于光纤具有极低的衰耗系数(目前商用化石英光纤已达0.19dB/km以下)，这是传统的电缆(1.5km)微波(50km)等根本无法与之相比拟的。因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信也是完全可能的。

5.线径细、重量轻

由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右，因此制成光缆后，直径要比电缆细，如8芯光缆的横截面直径约10mm，而标准同轴电缆为47mm。这样在长途干线或市内干线上，空间利用率高，节约了地下管道的建设投资;而且重量也轻，便于制造多芯光缆。

6.资源丰富

光纤的材料主要是石英(二氧化硅)，在地球上是取之不尽用之不竭的，并且很少的原材料就可拉制出很长的光纤。例如，40克高纯度的石英玻璃，可拉制1km的光纤。

7.挠性好

光纤经过表面涂敷后，弯曲直径为3mm不会折断。因此，用光纤制成的光缆与铜线制成的电缆有同样好的挠性。

8.不怕潮湿，耐高压，抗腐蚀

光纤是玻璃制成的，不怕潮湿，不会锈蚀，石英玻璃的熔点在2000℃以上，而一般明火的温度在1000℃左右。因此，光纤耐高温，光纤的化学稳定性好，抗腐蚀能力强，可以在具有有害气体环境下工作。

9.安全保密

在传输过程中，光波在光纤中传输是不会跑出光纤之外的，即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱。如果在光纤的表面涂上一层消光剂，光纤中的光就完全不能跑出光纤。这样，用什么方法也无法在光纤外面窃听光纤中传输的信息了。此外，由于光纤中的光不会跑出来，在电通信中常见的串音现象就不存在了。同时，它也不会干扰其它通信设备或测试设备。

当然，在光纤通信中，同样也存在着很多不足。

1.光纤性质脆，需要适当地涂敷加以保护。此外，为了保证能承受一定的敷设张力，在光纤结构上也需要多加考虑。

2.切断和连接光纤时，需要高精度的切断接续技术，这在电缆连接时是没有的。

3.分路耦合不方便。

4.光纤不能输送中继器所需要的电能。5.弯曲半径不宜太小。

光纤通信尽管存在上述问题，但是随着技术的不断发展都是可以克服的，不影响光纤的广泛应用。