許杰

【摘要】 本文首先講述了光纖通信的定義，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)以及光纖的結(jié)構(gòu)和分類；然后講述了光纖的傳輸特性和光纖通信的工作原理；最后介紹了光纖通信的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】 光纖通信 傳輸損耗 色散 光發(fā)射機(jī) 光中繼器 光接收機(jī)

一、光纖通信的概念

光纖通信是指以光波為載波，以光纖或者光纜為傳輸介質(zhì)的通信方式。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：（1）頻帶寬、通信容量大；（2）傳輸損耗低、中繼距離長；（3）光纖通信串話小，保密性強(qiáng)，使用安全；（4）抗電磁干擾能力強(qiáng)；（5）體積小、重量輕、便于敷設(shè)；（6）材料資源豐富。

二、光纖的結(jié)構(gòu)和分類

光纖由纖芯和包層兩部分構(gòu)成。纖芯是傳輸光信號(hào)的部分，包層除對(duì)纖芯進(jìn)行保護(hù)之外，還將光信號(hào)封閉在纖芯中，不讓光信號(hào)泄露出去。

光纖的分類：按照纖芯的折射率的分布可分為階躍型光纖和漸變型光纖。按照光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可分為單模光纖和多模光纖。

三、光纖的傳輸特性

1、損耗

光在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，光功率會(huì)越來越小，這種現(xiàn)象稱為光纖的傳輸損耗。光纖的傳輸損耗是影響中繼距離的重要因素。吸收損耗和散射損耗是光纖本身的主要損耗。另外，耦合損耗是光源與光纖之間的損耗、連接損耗是光纖之間損耗等，這些都是光纖傳輸損耗的因素。為了實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，光纖有三個(gè)低損耗窗口：0.85um，1.31um，1.55um。況且隨著波長的增加，光纖的損耗會(huì)越來越小。

2、色散

光脈沖信號(hào)經(jīng)光纖傳輸，到達(dá)輸出端會(huì)發(fā)生時(shí)間上的展寬，這種現(xiàn)象稱為色散。

（1）產(chǎn)生原因：光脈沖信號(hào)的不同頻率成分、不同模式，在光纖中傳輸時(shí)途徑不同，速度不同，到達(dá)終點(diǎn)所用時(shí)間不同，即群時(shí)延差引入了色散。（2）導(dǎo)致問題：信號(hào)波形畸變，表現(xiàn)為脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率。限制帶寬，影響通信容量和傳輸速率。（3）光纖的色散主要有模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。（4）模式色散：不同模式的光傳輸途徑不同，速度不同所引起的色散。（5）材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)隨波長而變化引起的色散。（6）波導(dǎo)色散：光纖的幾何結(jié)構(gòu)不完善引起的色散。

四、光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射端機(jī)、光纖、光中繼器和光接收端機(jī)組成，見下圖所示。

1、光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。

發(fā)端：首先由電發(fā)射機(jī)發(fā)出電信號(hào)，送給光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)完成電/光轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件是光源，光源的主要功能是完成電/光的轉(zhuǎn)換。目前光纖通信中常用的光源有： 半導(dǎo)體激光二極管（LD）和 半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管（LED）。由光發(fā)射機(jī)發(fā)出光信號(hào)以后送入光纖或者光纜進(jìn)行傳輸。

2、光中繼器

由于光纖存在損耗和色散，光信號(hào)經(jīng)過一段距離傳輸后會(huì)發(fā)生衰減和失真，如果不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，很可能無法繼續(xù)向前傳輸。有可能信號(hào)衰減掉了，有可能嚴(yán)重變形，總之，必須馬上進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)的辦法就是：對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)失真的波形進(jìn)行修復(fù)，把波形重新整形到發(fā)送端的狀態(tài)。

光纖通信中光中繼器的形式主要有兩種，一種是光-電-光轉(zhuǎn)換形式的中繼器，另一種是在光信號(hào)上直接放大的光放大器。

光-電-光轉(zhuǎn)換形式的中繼器：光中繼器需要先把光信號(hào)變成電信號(hào) ，對(duì)電信號(hào)再放大、再定時(shí)、再整形以后，通過這三個(gè)過程，得到接近于發(fā)射端的光信號(hào)的復(fù)制，從而起到延長傳輸距離，提高信號(hào)質(zhì)量的效果。

光放大器：光放大器能直接放大光信號(hào)，無需轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)信號(hào)的格式和速率具有高度的透明性，使得整個(gè)光纖通信傳輸系統(tǒng)更加簡單和靈活。光放大器主要有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩大類。

3、光接收機(jī)

光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。

收端：由光接收機(jī)把從光纖傳過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。光接收機(jī)的核心部件是光檢測器，光檢測器的主要功能是完成光電轉(zhuǎn)換。然后把電信號(hào)傳給電接收機(jī)。

五、光纖通信的發(fā)展趨勢

（1）納米技術(shù)與光纖通信。將微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)應(yīng)用光通信領(lǐng)域，開發(fā)光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)全光通信。（2）光交換是實(shí)現(xiàn)高速全光網(wǎng)的關(guān)鍵。未來通信網(wǎng)絡(luò)將是全光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，光纖傳送的光信號(hào)直接進(jìn)行交換。不需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)才能進(jìn)行交換，然后再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸。（3）無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)。無源光網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的覆蓋“最后一公里”的寬帶接入光纖技術(shù)，其在光分支點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，只需安裝一個(gè)簡單的光光器即可，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。（4）光孤子通信系統(tǒng)。光纖損耗和色散是影響光纖傳輸容量和距離的主要因素。由于光纖制作工藝的不斷提高，光纖損耗已接近理論極限，因此光纖色散已成為實(shí)現(xiàn)超大容量、超長距離光纖通信的“瓶頸”。 由光纖非線性效應(yīng)所產(chǎn)生的光孤子可以抵消光纖色散的作用，因此利用光孤子進(jìn)行通信，可以很好解決這個(gè)問題。endprint

【摘要】 本文首先講述了光纖通信的定義，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)以及光纖的結(jié)構(gòu)和分類；然后講述了光纖的傳輸特性和光纖通信的工作原理；最后介紹了光纖通信的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】 光纖通信 傳輸損耗 色散 光發(fā)射機(jī) 光中繼器 光接收機(jī)

一、光纖通信的概念

光纖通信是指以光波為載波，以光纖或者光纜為傳輸介質(zhì)的通信方式。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：（1）頻帶寬、通信容量大；（2）傳輸損耗低、中繼距離長；（3）光纖通信串話小，保密性強(qiáng)，使用安全；（4）抗電磁干擾能力強(qiáng)；（5）體積小、重量輕、便于敷設(shè)；（6）材料資源豐富。

二、光纖的結(jié)構(gòu)和分類

光纖由纖芯和包層兩部分構(gòu)成。纖芯是傳輸光信號(hào)的部分，包層除對(duì)纖芯進(jìn)行保護(hù)之外，還將光信號(hào)封閉在纖芯中，不讓光信號(hào)泄露出去。

光纖的分類：按照纖芯的折射率的分布可分為階躍型光纖和漸變型光纖。按照光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可分為單模光纖和多模光纖。

三、光纖的傳輸特性

1、損耗

光在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，光功率會(huì)越來越小，這種現(xiàn)象稱為光纖的傳輸損耗。光纖的傳輸損耗是影響中繼距離的重要因素。吸收損耗和散射損耗是光纖本身的主要損耗。另外，耦合損耗是光源與光纖之間的損耗、連接損耗是光纖之間損耗等，這些都是光纖傳輸損耗的因素。為了實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，光纖有三個(gè)低損耗窗口：0.85um，1.31um，1.55um。況且隨著波長的增加，光纖的損耗會(huì)越來越小。

2、色散

光脈沖信號(hào)經(jīng)光纖傳輸，到達(dá)輸出端會(huì)發(fā)生時(shí)間上的展寬，這種現(xiàn)象稱為色散。

（1）產(chǎn)生原因：光脈沖信號(hào)的不同頻率成分、不同模式，在光纖中傳輸時(shí)途徑不同，速度不同，到達(dá)終點(diǎn)所用時(shí)間不同，即群時(shí)延差引入了色散。（2）導(dǎo)致問題：信號(hào)波形畸變，表現(xiàn)為脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率。限制帶寬，影響通信容量和傳輸速率。（3）光纖的色散主要有模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。（4）模式色散：不同模式的光傳輸途徑不同，速度不同所引起的色散。（5）材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)隨波長而變化引起的色散。（6）波導(dǎo)色散：光纖的幾何結(jié)構(gòu)不完善引起的色散。

四、光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射端機(jī)、光纖、光中繼器和光接收端機(jī)組成，見下圖所示。

1、光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。

發(fā)端：首先由電發(fā)射機(jī)發(fā)出電信號(hào)，送給光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)完成電/光轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件是光源，光源的主要功能是完成電/光的轉(zhuǎn)換。目前光纖通信中常用的光源有： 半導(dǎo)體激光二極管（LD）和 半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管（LED）。由光發(fā)射機(jī)發(fā)出光信號(hào)以后送入光纖或者光纜進(jìn)行傳輸。

2、光中繼器

由于光纖存在損耗和色散，光信號(hào)經(jīng)過一段距離傳輸后會(huì)發(fā)生衰減和失真，如果不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，很可能無法繼續(xù)向前傳輸。有可能信號(hào)衰減掉了，有可能嚴(yán)重變形，總之，必須馬上進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)的辦法就是：對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)失真的波形進(jìn)行修復(fù)，把波形重新整形到發(fā)送端的狀態(tài)。

光纖通信中光中繼器的形式主要有兩種，一種是光-電-光轉(zhuǎn)換形式的中繼器，另一種是在光信號(hào)上直接放大的光放大器。

光-電-光轉(zhuǎn)換形式的中繼器：光中繼器需要先把光信號(hào)變成電信號(hào) ，對(duì)電信號(hào)再放大、再定時(shí)、再整形以后，通過這三個(gè)過程，得到接近于發(fā)射端的光信號(hào)的復(fù)制，從而起到延長傳輸距離，提高信號(hào)質(zhì)量的效果。

光放大器：光放大器能直接放大光信號(hào)，無需轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)信號(hào)的格式和速率具有高度的透明性，使得整個(gè)光纖通信傳輸系統(tǒng)更加簡單和靈活。光放大器主要有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩大類。

3、光接收機(jī)

光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。

收端：由光接收機(jī)把從光纖傳過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。光接收機(jī)的核心部件是光檢測器，光檢測器的主要功能是完成光電轉(zhuǎn)換。然后把電信號(hào)傳給電接收機(jī)。

五、光纖通信的發(fā)展趨勢

（1）納米技術(shù)與光纖通信。將微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)應(yīng)用光通信領(lǐng)域，開發(fā)光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)全光通信。（2）光交換是實(shí)現(xiàn)高速全光網(wǎng)的關(guān)鍵。未來通信網(wǎng)絡(luò)將是全光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，光纖傳送的光信號(hào)直接進(jìn)行交換。不需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)才能進(jìn)行交換，然后再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸。（3）無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)。無源光網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的覆蓋“最后一公里”的寬帶接入光纖技術(shù)，其在光分支點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，只需安裝一個(gè)簡單的光光器即可，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。（4）光孤子通信系統(tǒng)。光纖損耗和色散是影響光纖傳輸容量和距離的主要因素。由于光纖制作工藝的不斷提高，光纖損耗已接近理論極限，因此光纖色散已成為實(shí)現(xiàn)超大容量、超長距離光纖通信的“瓶頸”。 由光纖非線性效應(yīng)所產(chǎn)生的光孤子可以抵消光纖色散的作用，因此利用光孤子進(jìn)行通信，可以很好解決這個(gè)問題。endprint

【摘要】 本文首先講述了光纖通信的定義，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)以及光纖的結(jié)構(gòu)和分類；然后講述了光纖的傳輸特性和光纖通信的工作原理；最后介紹了光纖通信的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】 光纖通信 傳輸損耗 色散 光發(fā)射機(jī) 光中繼器 光接收機(jī)

一、光纖通信的概念

光纖通信是指以光波為載波，以光纖或者光纜為傳輸介質(zhì)的通信方式。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：（1）頻帶寬、通信容量大；（2）傳輸損耗低、中繼距離長；（3）光纖通信串話小，保密性強(qiáng)，使用安全；（4）抗電磁干擾能力強(qiáng)；（5）體積小、重量輕、便于敷設(shè)；（6）材料資源豐富。

二、光纖的結(jié)構(gòu)和分類

光纖由纖芯和包層兩部分構(gòu)成。纖芯是傳輸光信號(hào)的部分，包層除對(duì)纖芯進(jìn)行保護(hù)之外，還將光信號(hào)封閉在纖芯中，不讓光信號(hào)泄露出去。

光纖的分類：按照纖芯的折射率的分布可分為階躍型光纖和漸變型光纖。按照光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可分為單模光纖和多模光纖。

三、光纖的傳輸特性

1、損耗

光在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，光功率會(huì)越來越小，這種現(xiàn)象稱為光纖的傳輸損耗。光纖的傳輸損耗是影響中繼距離的重要因素。吸收損耗和散射損耗是光纖本身的主要損耗。另外，耦合損耗是光源與光纖之間的損耗、連接損耗是光纖之間損耗等，這些都是光纖傳輸損耗的因素。為了實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，光纖有三個(gè)低損耗窗口：0.85um，1.31um，1.55um。況且隨著波長的增加，光纖的損耗會(huì)越來越小。

2、色散

光脈沖信號(hào)經(jīng)光纖傳輸，到達(dá)輸出端會(huì)發(fā)生時(shí)間上的展寬，這種現(xiàn)象稱為色散。

（1）產(chǎn)生原因：光脈沖信號(hào)的不同頻率成分、不同模式，在光纖中傳輸時(shí)途徑不同，速度不同，到達(dá)終點(diǎn)所用時(shí)間不同，即群時(shí)延差引入了色散。（2）導(dǎo)致問題：信號(hào)波形畸變，表現(xiàn)為脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率。限制帶寬，影響通信容量和傳輸速率。（3）光纖的色散主要有模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。（4）模式色散：不同模式的光傳輸途徑不同，速度不同所引起的色散。（5）材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)隨波長而變化引起的色散。（6）波導(dǎo)色散：光纖的幾何結(jié)構(gòu)不完善引起的色散。

四、光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射端機(jī)、光纖、光中繼器和光接收端機(jī)組成，見下圖所示。

1、光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。

發(fā)端：首先由電發(fā)射機(jī)發(fā)出電信號(hào)，送給光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)完成電/光轉(zhuǎn)換。光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件是光源，光源的主要功能是完成電/光的轉(zhuǎn)換。目前光纖通信中常用的光源有： 半導(dǎo)體激光二極管（LD）和 半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管（LED）。由光發(fā)射機(jī)發(fā)出光信號(hào)以后送入光纖或者光纜進(jìn)行傳輸。

2、光中繼器

由于光纖存在損耗和色散，光信號(hào)經(jīng)過一段距離傳輸后會(huì)發(fā)生衰減和失真，如果不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，很可能無法繼續(xù)向前傳輸。有可能信號(hào)衰減掉了，有可能嚴(yán)重變形，總之，必須馬上進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)的辦法就是：對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)失真的波形進(jìn)行修復(fù)，把波形重新整形到發(fā)送端的狀態(tài)。

光纖通信中光中繼器的形式主要有兩種，一種是光-電-光轉(zhuǎn)換形式的中繼器，另一種是在光信號(hào)上直接放大的光放大器。

光-電-光轉(zhuǎn)換形式的中繼器：光中繼器需要先把光信號(hào)變成電信號(hào) ，對(duì)電信號(hào)再放大、再定時(shí)、再整形以后，通過這三個(gè)過程，得到接近于發(fā)射端的光信號(hào)的復(fù)制，從而起到延長傳輸距離，提高信號(hào)質(zhì)量的效果。

光放大器：光放大器能直接放大光信號(hào)，無需轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，對(duì)信號(hào)的格式和速率具有高度的透明性，使得整個(gè)光纖通信傳輸系統(tǒng)更加簡單和靈活。光放大器主要有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩大類。

3、光接收機(jī)

光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。

收端：由光接收機(jī)把從光纖傳過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。光接收機(jī)的核心部件是光檢測器，光檢測器的主要功能是完成光電轉(zhuǎn)換。然后把電信號(hào)傳給電接收機(jī)。

五、光纖通信的發(fā)展趨勢

（1）納米技術(shù)與光纖通信。將微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)應(yīng)用光通信領(lǐng)域，開發(fā)光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)全光通信。（2）光交換是實(shí)現(xiàn)高速全光網(wǎng)的關(guān)鍵。未來通信網(wǎng)絡(luò)將是全光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，光纖傳送的光信號(hào)直接進(jìn)行交換。不需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)才能進(jìn)行交換，然后再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸。（3）無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)。無源光網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的覆蓋“最后一公里”的寬帶接入光纖技術(shù)，其在光分支點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，只需安裝一個(gè)簡單的光光器即可，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。（4）光孤子通信系統(tǒng)。光纖損耗和色散是影響光纖傳輸容量和距離的主要因素。由于光纖制作工藝的不斷提高，光纖損耗已接近理論極限，因此光纖色散已成為實(shí)現(xiàn)超大容量、超長距離光纖通信的“瓶頸”。 由光纖非線性效應(yīng)所產(chǎn)生的光孤子可以抵消光纖色散的作用，因此利用光孤子進(jìn)行通信，可以很好解決這個(gè)問題。endprint