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光纖通信的發(fā)展|特點|應用
光纖通信將模擬電信號轉化為光信號，以光波作為載波，以光纖作為介質進行信息傳輸。光纖通信技術系統(tǒng)分類：光纖模擬通信系統(tǒng)、光纖數(shù)字通信系統(tǒng)以及光纖數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。...[查看全部]
光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。光纖一般封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。
光纖的發(fā)展歷史1870年初春的一天，英國著名物理學家丁鐸爾在暗室里做試驗。一股水流從容器的側壁孔中向外流出，當人們在一側壁給水照明時，從孔中流出來的水，幾乎在整個長度上都在發(fā)光，而且本來直線傳播的光，現(xiàn)在竟沿著這股彎曲的水流在耀動，驚訝地發(fā)現(xiàn)光彎曲了。這個有趣的實驗，給大家留下了深刻的印象，并因此而產(chǎn)生人們難以估量的社會影響。
原來，光隨著折射率大的水進入折射率小的物質時，在兩種物質的交界面上會產(chǎn)生全反射，使光不進入折射率小的物質，而全部返回到折射率大的物質中。后來，人們用玻璃纖維模擬這股水流，制成了玻璃光纖。把玻璃纖維的一端截面對準某一物體，不管它彎曲成什么樣的角度和形狀，都能從另一端的截面上清楚地看出射入的圖像。光是沿直線傳播的，而光纖卻是彎彎曲曲的。光纖實際上可以被看作是非常細的圓柱，圓柱的壁能夠像鏡子一樣，把光從上邊反射到下邊，又從下邊反射到上邊，如此反復，一直傳送到光纖的終端。
光纖的結構呈圓柱型，中間為具有高折射率的芯材，外面裹上低折射率的包皮，最外面是塑料護套。這樣特殊的結構，加上精心的選材，使光纖既柔軟如絲，又具有高抗拉強度和抗壓能力。同時，光波衰減小，可以多功能傳輸聲音、圖像和文字，適應低溫環(huán)境，抗電磁干擾，耐放射性輻射。光波在光纖中傳播不向外輻射電磁波，有很高的保密性能，信息以光速傳送，速度無與倫比。光通信比電通信的容量要提高1億-10億倍，一根光纖能同時傳輸100億個電話，或1000萬套電視節(jié)目。
同樣100米長的銅電纜和光纜，若傳遞信息的頻帶寬同為40000兆赫茲，則銅電纜需直徑58毫米的銅纜656股，
... 查看全文光纖通信將模擬電信號轉化為光信號，以光波作為載波，以光纖作為介質進行信息傳輸。光纖通信技術系統(tǒng)分類：光纖模擬通信系統(tǒng)、光纖數(shù)字通信系統(tǒng)以及光纖數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
什么是光纖通信光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。近十幾年來，光纖通信技術有了長足的進展，其中的新技術也不斷被發(fā)掘，大大提高了傳統(tǒng)意義上的通信能力，這使得光纖通信技術在更大的范圍內得到了應用。
光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖。采用光纖通信是通信史上的重大變革，進入21世紀后，由于因特網(wǎng)業(yè)務的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應用的增長，對大容量(超高速和超長距離)光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡有了更為迫切的需求。
光纖通信的發(fā)展史雖然只有二三十年，但由于它無比的優(yōu)越性，使它成為了現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡中最為重要的傳輸媒介?？傮w來說，光纖通信的發(fā)展大致分為4個階段。
第一階段(1966-1976年)：是沖基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期。這個時期中，出現(xiàn)了短波長(850nm)低速率(34或45Mb/s)多模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離約為10km。
第二階段(1976-1986年)：是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標的大力推廣應用的大發(fā)展時期。在這個時期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從短波長(850nm)發(fā)展到長波長(1310nm和1550nm)，實現(xiàn)了工作波長為1310nm，傳輸速率為140-565Mb/s的單模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離為50到100km。
第三階段(1986-1996年)：是以超大容量超長距離為目標，全面深入開展新技術研究的事情。在這個時期，出現(xiàn)了1550nm色散位單模光纖通信系統(tǒng)。采用外調制技術，傳輸速率可達2.5-10Gb/s，無中繼傳輸距離可達100-150km
... 查看全文光纖是光導纖維的簡稱，是由折射率不同的纖芯和包層組成的，其直徑大約為0.1mm。它是一種介質光波導，具有把光封閉在其中并使之沿軸向傳播的導波結構。光纖與一般金屬導線的作用相同，都用于傳輸信息，但信息傳輸方式根本不同。金屬導線依靠電子傳輸信息，而光纖依靠光子傳輸信息。
光纖的組成光纖是一種由高度透明的石英(或其他材料)經(jīng)復雜的工藝拉制而成的光波導材料。光纖的典型結構為多層同軸圓柱體，一般是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層以及涂覆層和護套構成的，其結構如下圖所示。纖芯和包層作為光纖結構的主體，對光波的傳播起著決定性作用。涂敷層與護套的作用則是隔離雜散光、提高光纖強度、保護光纖等。
光纖芯的折射率較高，是光波的傳輸介質，其材料的主要成分為含量高達99.999%的二氧化硅(SiO2)，其中摻雜極少量的其他材料，如摻入少量的二氧化鍺(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)等，以提高纖芯的折射率。
包層為緊貼纖芯的材料層，與纖芯共同構成光波導。材料一般為純二氧化硅(SiO2)，有時也摻雜微量的三氧化二硼(B2O3)，以降低包層的折射率。包層的外徑一般為125～140μm，主要起著限制光強在纖芯中傳輸?shù)淖饔?。包層折射率略小于纖芯材料的折射率。
為了增強光纖的柔韌性，提高機械強度，增加抗老化性能以及延長光纖的壽命，一般在包層的外面用環(huán)氧樹脂或硅膠等高分子材料做一層涂覆層。該涂覆層用來保護光纖起到護套的功能，其外徑一般為300μm左右。
1、光纖的纖芯
光纖的纖芯是一種直徑為8～100μm、柔軟的、能夠很好地傳導光波的透明介質，它是光信號的傳輸路徑，可由玻璃或塑料來制成。其中使用超高純度石英玻璃(SiO2)制作的光纖具有很低的線路傳輸損耗，各種技術性能都較好。
光纖芯的折射率n1通常在1.5左右，多模光纖的纖芯直徑一般為50～100μm，單模光纖的纖芯直徑為8
... 查看全文光纖全名是光導纖維，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導工具。微細的光纖封裝在塑料護套中，使它能夠彎曲而不至于斷裂。
按光纖材料分類按光纖組成材料可分為石英系光纖、多組分玻璃光纖、全塑料光纖、氟化物光纖及硫硒化合物光纖。
1、石英系光纖
石英光纖是以二氧化硅為主要原料，并按不同的摻雜量，來控制纖芯和包層的折射率分布的光纖。石英(玻璃)系列光纖，具有低耗、寬帶的特點，已廣泛應用于有線電視和通信系統(tǒng)。
2、多組分玻璃光纖
多組分光纖是在二氧化硅原料中，再適當混合諸如氧化鈉、氧化硼、氧化鉀等氧化物制作成多組分玻璃光纖。多組分玻璃比石英玻璃的軟化點低且纖芯與包層的折射率差很大。主要用在醫(yī)療業(yè)務的光纖內窺鏡。
3、全塑料光纖
是將纖芯和包層都用塑料(聚合物)作成的光纖。早期產(chǎn)品主要用于裝飾和導光照明及近距離光鍵路的光通信中。原料主要是有機玻璃、聚苯乙稀和聚碳酸酯。塑料光纖的纖芯直徑為1000μm，比單模石英光纖大100倍，接續(xù)簡單，而且易于彎曲施工容易。
4、氟化物光纖
氟化物光纖是由氟化物玻璃作成的光纖。主要工作在2～10μm波長的光傳輸業(yè)務。其具有超低損耗光纖的可能性，正在進行著用于長距離通信光纖的可行性開發(fā)。
5、硫硒化合物光纖
在光纖的纖芯中，摻雜如鉺、欽、鐠等稀土族元素的光纖。摻雜稀土元素的光纖有激光振蕩和光放大的現(xiàn)象。
按光纖傳輸模式分類按光在光纖中的傳輸模式分可分為單模光纖和多模光纖。多模光纖的纖芯直徑為50~62.5μm，包層外直徑125μm，單模光纖的纖芯直徑為8.3μm，包層外直徑125μm。光纖的工作波長有短波長0.85μm、長波長1.31μm和1.55μm。光纖損耗一般是隨波長加長而減小，0.85μm的損耗為0.35dBkm，1.55μm的損耗為0.20dBkm，這是光纖的最低損耗，波長1.65μm范圍內都
... 查看全文光纖是光導纖維的簡稱，以光脈沖的形式來傳輸信號，以玻璃或有機玻璃等為網(wǎng)絡傳輸介質。光纖由纖維芯、包層和保護套組成。光纖可分為單模光纖和多模光纖。
光纖的選擇方法光纖類型的選擇
按光纖結構劃分：束管式光纖、層絞式光纖、骨架式光纖、緊抱式光纖、帶式光纖、非金屬光纖和可分支光纖;
按敷設方式劃分：自承重架空光纖、管道光纖、鎧裝地埋光纖和海底光纖;
按用途劃分：長途通訊用光纖、短途室外光纖、混合光纖和建筑物內用光纖;
按傳輸方式分：單模光纖和多模光纖，監(jiān)控系統(tǒng)多使用單模光纖;
按使用場合劃分：室內光纖、室外光纖、分支光纖和配線光纖。
光纖敷設要求
常規(guī)室外光纖大都以松套管作為纖芯的容器，室內光纖最常用緊套式敷設，大芯數(shù)光纖的纖芯常以帶狀方式進行組合敷設。
光纖的敷設要求：
1、光纖的彎曲半徑應至少為光纖外徑的15倍，在施工過程中應少于20倍;
2、光纖盤轉動應與布放速度保持一致，光纖索引的速度一般每分鐘15米;
3、光纖兩端應預留出5-10米的長度;
4、敷設光纖時應做好標簽，并填好相關記錄，所有光纖不宜外露。
5、布放光纖時，光纖出盤處要保持一定的弧度，留出適當?shù)木彌_余量，不宜過多，避免出現(xiàn)背扣。
纖芯的選擇
纖芯數(shù)量是每條光纖中所含的玻璃纖維的數(shù)量。
首先，要清楚布線點的數(shù)量、交換機的臺數(shù)以及交換機之間連接是否堆疊。如果堆疊，核心交換機為雙機熱備冗余的話，6芯已足夠(2臺核心各用2芯，2芯冗余)。如果不堆疊，一臺交換機4芯，交換機的數(shù)量乘以4加上4芯的冗余，一般就夠用了。
光纖選購注意事項
在選擇光纖的種類時，不僅要確定光纖的芯數(shù)，還應了解光纖的使用條件，根據(jù)具體環(huán)境進行選擇。因此，在選擇時還需注意以下幾點：
1、建筑物內用的光纖在選用時應注意其阻燃，毒和煙的特性，在管道中和強制通風處，一般可選用阻燃和有煙的類型，暴露的環(huán)境中應選用阻
... 查看全文單模光纖是中心玻璃芯很細(一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光纖。因此，單模光纖模間色散很小，適用于遠程通訊，但存在著材料色散和波導色散，對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。
單模光纖的發(fā)展自1976年以來，用戶帶寬需求的日益增長促進了光纖傳輸系統(tǒng)不斷地向著高速率、長距離和大容量的發(fā)展，推動了單模光纖類型和性能的研究。光纖、光電子器件、調制格式和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，推動了光纖傳輸系統(tǒng)從低速率到高速率、從短距離到長距離、從小容量到大容量的發(fā)展。
20世紀80年代，在1310nm、1550nm長波長半導體激光器相續(xù)問世的背景下，光纖研究人員先后開發(fā)出單模光纖(G.652光纖)、色散位移單模光纖(G.653光纖)、截止波長位移單模光纖(G.654光纖)。G.652、G.653和G.654光纖的特點分別是1310nm的零色散、1550nm的零色散和低衰減以及1550nm的超低衰減。這些光纖的優(yōu)點滿足了565Mb/s以下的準同步數(shù)字體系(PDH)傳輸系統(tǒng)和10Gb/s以下同步數(shù)字體系(SDH)傳輸系統(tǒng)發(fā)展的需要。
20世紀90年代，在密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)進入商用以后，研究人員發(fā)現(xiàn)G.653單模光纖(1550nm零色散)在DWDM系統(tǒng)中產(chǎn)生四波混頻，導致相鄰信道之間的串擾，嚴重影響DWDM系統(tǒng)傳輸性能。為此，相關研究人員專門為DWDM系統(tǒng)開發(fā)出了G.655單模光纖。G.655單模光纖的特點是以1550nm波長處的非零色散抑制四波混頻，使其用于長途干線和城域光網(wǎng)絡的核心層。
為了使城域網(wǎng)絡邊緣實現(xiàn)低成本擴容，人們發(fā)明了稀疏波分復用(CWDM)系統(tǒng)。為此，光纖研究人員開發(fā)了低水峰單模光纖(G.652C/D)，G.652C/D工作波長覆蓋1280～1625nm全波帶，可以提高CWDM系統(tǒng)信道數(shù)量。CWDM的信道間隔大于200GHz，復用信道數(shù)
... 查看全文多模光纖是在給定的工作波長上傳輸多種模式的光纖。按其折射率的分布分為突變型和漸變型。多模光纖中傳輸?shù)哪Ｊ蕉噙_數(shù)百個，各個模式的傳播常數(shù)和群速率不同，使光纖的帶寬窄，色散大，損耗也大，只適于中短距離和小容量的光纖通信系統(tǒng)。
多模光纖是什么多模光纖容許不同模式的光于一根光纖上傳輸，由于多模光纖的芯徑較大，故可使用較為廉價的耦合器及接線器，多模光纖的纖芯直徑為50μm至100μm。
基本上有兩種多模光纖，一種是梯度型另一種是階躍型，對于梯度型光纖來說，芯的折射率于芯的外圍最小而逐漸向中心點不斷增加，從而減少訊號的模式色散，而對階躍型光纖來說，折射率基本上是平均不變，而只有在包層表面上才會突然降低。階躍型光纖一般較梯度型光纖的帶寬低。在網(wǎng)絡應用上，最受歡迎的多模光纖為62.5/125，62.5/125意指光纖芯徑為62.5μm而包層直徑為125μm，其他較為普通的為50/125及100/140。
七十年代光纖進入實用化階段是從多模光纖的局間中繼開始的。二十多年以來，單模光纖新品種不斷出現(xiàn)，光纖功能不斷豐富和增強，性能價格比不斷苛求，但多模光纖并沒有被取代而是始終保持穩(wěn)定的市場份額，和其他品種同步發(fā)展。其原因是多模光纖的特性正好滿足了網(wǎng)絡用纖的要求。
為適應網(wǎng)絡通信的需要，七十年代末到八十年代初，各國大力開發(fā)大芯徑大數(shù)值孔徑多模光纖(又稱數(shù)據(jù)光纖)。當時國際電工委員會推薦了四種不同芯/包尺寸的漸變折射率多模光纖即A1a、A1b、A1c和A1d。它們的纖芯/包層直徑(μm)/數(shù)值孔徑分別為50/125/0.200、62.5/125/0.275、85/125/0.275和100/140/0.316。
總體來說，芯/包尺寸大則制作成本高、抗彎性能差，而且傳輸模數(shù)量增多，帶寬降低。100/140μm多模光纖除上述缺點外，其包層直徑偏大，與測試儀器和連接器件不匹配，
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