光纖傳輸特點(diǎn)及原理

    一、光通信背景

    當(dāng)今世界，光纖通信已成為通信的主要手段。

    光纖傳輸系統(tǒng)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。光纖理論帶寬可達(dá)20000GHz，無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)50-80公里。由玻璃制成，抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量好，可用于電力網(wǎng)和變電所內(nèi)等強(qiáng)電磁環(huán)境中。光纖重量輕，可以彎曲，易于鋪設(shè)�？晒�(jié)約貴重金屬，且抗腐蝕能力很強(qiáng)。制作光纖的原料豐富，隨著工藝的進(jìn)步、規(guī)模的擴(kuò)大，其成本進(jìn)一步下降，整個(gè)傳輸系統(tǒng)的成本也低。
    二、 光纖傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    光纖傳輸即是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信方式，因其擁有傳輸頻帶寬、信號(hào)損耗低、抗干擾能力強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。光纖通信在近二十年來(lái)得到了飛速的發(fā)展。
    1、光纖的結(jié)構(gòu)
    光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm)，中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)，最外是加強(qiáng)用的樹(shù)脂涂層。
    2、光纖的分類
    1） 按傳輸模式來(lái)劃分：
    單模光纖（Single-mode）
    單模光纖只傳輸主模，由于完全避免了模式色散，使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量、長(zhǎng)距離的傳輸系統(tǒng)。
    多模光纖（Multi-mode） 
    多模光纖有多個(gè)模式在光纖中傳輸，由于色散和相差，其傳輸性能較差、頻帶較窄、容量小、距離也較短。
    2) 按折射率分布來(lái)劃分：
   多模光纖可分為：階躍型（突變型）和梯度型（漸變型、自聚焦型）。
   單模光纖則為階躍型。
    3、常用光纖規(guī)格
    單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm
    多模：50/125μm 歐洲標(biāo)準(zhǔn)；62.5/125μm 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)
    工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm
    塑料：98/1000μm 用于汽車控制。
    4、光纖的衰減
    造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對(duì)接等。
    本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
    彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。
    擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。
    雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。
    不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
    對(duì)接：光纖對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸(單模光纖同軸度要求小于0.8μm)，端面與軸心不垂直，端面不平，對(duì)接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。
    5、光纖傳輸系統(tǒng)原理
    光傳輸系統(tǒng)由三部分組成：光源（光發(fā)送機(jī)），傳輸介質(zhì)、檢測(cè)器（光接收機(jī)）。
    按傳輸信號(hào)劃分，可分為數(shù)字傳輸系統(tǒng)和模擬傳輸系統(tǒng)。
    在模擬傳輸系統(tǒng)中，是把輸入信號(hào)變?yōu)閭鬏斝盘?hào)的振幅（頻率或相位）的連續(xù)變化。光纖的模擬傳輸系統(tǒng)是把光強(qiáng)進(jìn)行模擬調(diào)制，其光源的調(diào)制功率隨調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化。但由于光源的非線性較嚴(yán)重，因此其信噪比、傳輸距離和傳輸頻率都十分有限。
    數(shù)字傳輸系統(tǒng)是把輸入的信號(hào)變換成“1”，“0”表示的脈沖信號(hào)，并以它作為傳輸信號(hào)。在接收端再把它還原成原來(lái)的信息。這樣光源的非線性對(duì)數(shù)字碼流影響很小，再加上數(shù)字通信可以采用一些編碼糾錯(cuò)的方法，且易于實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此數(shù)字傳輸系統(tǒng)占有很大的優(yōu)勢(shì)，并在很多地方得到了廣泛的應(yīng)用。 
   三、數(shù)字視頻光傳輸簡(jiǎn)介
    目前在高速公路、交通、電子警察、監(jiān)控、安防、工業(yè)自動(dòng)化、電力、海關(guān)、水利、銀行等領(lǐng)域視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話等光端機(jī)開(kāi)始普遍大量應(yīng)用。初期主要以模擬調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的模擬光端機(jī)為主，但數(shù)字代替模擬是光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。由于數(shù)字光端機(jī)具有傳輸信號(hào)質(zhì)量高，沒(méi)有模擬調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅光端機(jī)多路信號(hào)同傳時(shí)的交調(diào)干擾嚴(yán)重、容易受環(huán)境影響、傳輸質(zhì)量低劣、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，因此許多大型重點(diǎn)工程已普遍采用數(shù)字光端機(jī)。