光纖與光纜知識—技術(shù)培訓(xùn)(已修改)
2025-06-30 21:31 本頁面
【正文】 光纖和光纜知識技術(shù)培訓(xùn)2022年7月 概述所謂光通信就是利用光波載送信息的通信。在載波技術(shù)方面，電磁波的通信已廣泛應(yīng)用于廣播、電視等領(lǐng)域，本世紀末，隨著數(shù)字技術(shù)的進步，出現(xiàn)了移動通信等數(shù)字無線電波技術(shù)。在另一方面，光波作為一種波長很短的無線電波，同樣也得到技術(shù)突破，目前已成為新一代的有線通信載波。光通信技術(shù)的進步，推動了整個信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。l 光纖發(fā)展概況1960年，梅曼（）發(fā)明了紅寶石激光器，產(chǎn)生了單色相干光，實現(xiàn)了高速的光調(diào)制。美國林肯實驗室首先研制出利用氦氖激光器通過大氣傳輸彩色電視，利用大氣傳輸光信號具有以下的缺點：氣候嚴重影響通信，如霧天；大氣的密度不均勻，傳輸不穩(wěn)定；傳輸設(shè)備之間要求沒有阻隔 利用大氣傳輸光波的思想實際上是電磁波傳輸?shù)募夹g(shù)，光波實質(zhì)上是頻率極高的電磁波（31014Hz），其通信的容量比一般的電磁波大萬倍以上，如果光通信能夠?qū)崿F(xiàn)，它將具有劃時代的意義。早期，為了避免大氣對光傳輸?shù)母蓴_，研制了透鏡光波導(dǎo)的技術(shù)，利用管子進行光傳輸，在一定距離上設(shè)置聚焦透鏡，匯聚散射光和誘導(dǎo)光轉(zhuǎn)折，但振動和溫度又嚴重影響了光傳輸。這種思想，被后來采用直至成功研制成光導(dǎo)纖維。1966年，英籍華人高錕（）和Hockham實驗證明利用玻璃可以制作光導(dǎo)纖維（Optic Fiber）。但當時的玻璃衰減達1000dB/km，無法用于傳輸，后經(jīng)過美國貝爾實驗室主席Ian Ross、英國電信研究所（BTRL，BPO）和美國康寧玻璃公司（CORNING）的Maurer等合作，于1970年首先研制成功衰減為20 dB/km的光纖，取得重大突破。之后，各發(fā)達國家紛紛開展光纖通信研究，出現(xiàn)了多組成份玻璃光纖、塑料光纖、液芯光纖等，其中利用介質(zhì)全反射原理導(dǎo)光的石英光纖被廣泛采用。石英光纖衰減小，性能高，強度大，見圖11。N2N1N1＞N2圖11 光纖導(dǎo)光原理 要實現(xiàn)長距離的光纖通信，必須減少光纖的衰減。高錕指出降低玻璃內(nèi)過度金屬雜質(zhì)離子是降低光纖衰減的主要因素，1974年，光纖衰減降低到2 dB/km。1976年通過研究發(fā)現(xiàn)降低玻璃內(nèi)的OH離子含量就出現(xiàn)地衰減的長波長雙窗口： 。在1980年， dB/km，接近理論值。80年代中，又發(fā)現(xiàn)水分和潮氣長期接觸光纖會擴散到石英光纖內(nèi)，從而使光纖衰減增大且強度降低。于是采用注入油膏于光纖套管中隔絕水氣，制成品質(zhì)完善的光纜用于工程。 要實現(xiàn)大容量的通信，要求光纖有很寬的帶寬。單模（SM：Single Mode）光纖的帶寬最寬，是理想的傳輸介質(zhì)。但是單模光纖纖芯很細，70年代工藝無法做到，因此，多模（MM：Multi Mode）光纖較早應(yīng)用，光在多模光纖里各模式間存在光程差，造成輸出的光信號帶寬不寬。1976年日本研制成漸變型（又稱自聚焦型，SELFCO）光纖，光纖的帶寬達到KHz/km數(shù)量級。80年代，單模光纖研制成功，帶寬增大到10 KHz/km，這一成就使大容量光通信成為可能，80年代中，光纖通信實現(xiàn)長距離超大容量傳輸。70年代，光源采用GaAlAs（鎵鋁砷）注入式半導(dǎo)體激光器（LD：Laser Diode）），但是壽命很短。直到研制成功可連續(xù)運行的GaAlAs雙異質(zhì)結(jié)注入式激光器（Hayashi等），同時也發(fā)展了GaAlAs發(fā)光二極管（LED：Burrus），LED壽命長，價格低，但譜線寬，速率低，功率笑，屬于非相干光源。80年代，研究出了InGaAsP（銦鎵砷磷）長波長激光器和LED，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用。 光檢測器是光接收的主要器件，用于將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。主要有用于短波長的SiPIN管和SiAPD雪崩光電二極管以及適用于長波長的InGaAs/InP的PIN管和APD管，還有GeAPD管。 由于工程上的需要，各式各樣的光無源器件和光儀表也相應(yīng)出現(xiàn)。如：光活動連接器，光衰減器、光纖熔接機和光時域反射測試儀等。l 光纖通信1976年，美國首先在亞特蘭大建成距離為10公里，碼率為44Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)，80年代，許多國家都建成商用的通信系統(tǒng)。在此中，發(fā)現(xiàn)利用激光器和多模光纖，當光纖機械振動則接收的光信號隨機起伏，出現(xiàn)所謂“模式噪聲”，因此，用單模光纖的傳輸介質(zhì)和激光器光源成為光纖通信的基本方式，80年代中，還發(fā)現(xiàn)FP型激光器不能維持單譜線相干性，使輸出信號中帶有“模分配噪聲”，從而使光纖的容量和傳輸距離受到限制，之后研究出動態(tài)單縱模激光器解決了此問題，如：分布反饋（DFB）激光器和更優(yōu)良的量子阱激光器。這些技術(shù)的解決，使超過100km已上無中繼，容量到達Gbit/s的光通信成為現(xiàn)實。目前，全世界廣泛應(yīng)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)，光纖用量超過2000萬km，建成了橫跨太平洋、大西洋的海底光纜線路，見圖12，國際上565Mbit/s高速光纖通信系統(tǒng)（可傳送7680路雙向電話）已廣泛使用。70年代初，我國已開始光纖技術(shù)的研究。70年代末，制造出衰減為4dB/km，，實驗系統(tǒng)碼率為8Mbit/s。80年代初，開始研制長波長多模光纖、長波長激光器和PINFET光電檢測組件。82年在武漢建立了13多公里的短波長、長波長實用市內(nèi)線路，碼率為8Mbit/s和34 Mbit/s。80年代末，研制出單模光纖和140Mbit/s系統(tǒng)，88年在武漢建立了單模架空線路，距離為35公里。1991年在合肥和蕪湖間建成單模直埋線路，全長150km，從水下跨越長江。現(xiàn)在，國內(nèi)已廣泛使用光纖通信，至今已敷設(shè)近60000km光纜。如北京武漢廣州，北京沈陽哈爾濱國家干線光纜等，如圖13所示。我國幅員廣闊，光纖通信在不同的地理、氣候環(huán)境中使用，在北方要求耐40℃低溫，在南方的架空光纜要抗臺風(fēng)與雷擊，在西北沙漠地帶，直埋光纜要防風(fēng)沙的襲擊，在華東經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，如在上海等建成了565Mbit/s的高速系統(tǒng)，在華中地區(qū)如武漢，則建成了跨長江的水下線路。我國現(xiàn)已有了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)，能生產(chǎn)光纖、光纜、光電器件、光端機和光儀表， dB/km（），其產(chǎn)量包括合資生產(chǎn)年約100000km，如侯馬光纜廠，武漢長飛，成都西門子等。我國能生產(chǎn)少數(shù)國家才能生產(chǎn)的長波長激光器、PINFET和nGaAs/InPPAD組件，壽命可達200000小時，滿足商用要求。國產(chǎn)光端機的傳輸碼率達到140Mbit/s、565Mbit/s（PDH系統(tǒng)），90年代隨著SDH技
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