【正文】 比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，特別是密集波分復用技術極大地增加了光纖的傳輸容量，因此 光纖具有極寬的潛在帶寬 。 最低光纖損耗已降 至 dB/km 一下，這是以往的任何傳輸所不能與之相比的， 若采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降的更低。 光纖通信技 術的 特點 光纖通信技術 已成為現(xiàn)代通信的基石。相干通信系統(tǒng)的兩個突出的優(yōu)點是：靈敏度高和頻率選擇性好，可用于長途干線通 信和綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)中。而后，在波長為 ，研 制成功了具有最小色散的色散位移 DSF 單模光纖和單縱激光器，進而解決了 問題。 1987 年，第二代單模光纖通信系統(tǒng)（ 單模光纖通信系統(tǒng)，稱為長波光纖通信系統(tǒng)）投入了商業(yè)運營，其比特率高達 ，中繼距離可達 50 km左右 [2]。其中， B 表示比特率， L 表示中繼距離） ，最大中繼距離約為 10 km。 光纖通信技術經(jīng)過近 40 多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了 5個發(fā)展階段其中大多已由試驗研究進入了實用階段。 光纖通信的發(fā)展歷史如圖 112所示。這種設想到后來成為了現(xiàn)實，1970 年美國的康寧（ Corning）公司 根據(jù)高錕博士的思想，采用化學氣相沉積（ CVD）工藝第一個 制出 衰減少于 20dB/Km的高純石英光纖， 與同軸電纜 5～ 10dB/Km的損耗相比，還未達到理想的指標，但在當時已為通信工程師 們所接受， 也因此成為世界上公認的第一根通信光導纖維。截至目前為止，光纖通信技術最常使用的波長范圍是在近紅外區(qū)域，可分為短波長波段和長波長波段，即波長為～ 。 本論文將主要概述國內(nèi)外在通信技術方向的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及應用前景，重點分析了影響光纖 傳輸?shù)?損耗、 色散、非線性等因素 。 在 現(xiàn)代前沿通信技術中，光纖通信已成為現(xiàn)代通信的主要支柱，并起著舉足輕重的作用 。 采用單獨分析和綜合分析對比 , 重點分析了影響光纖 傳輸?shù)?損耗、 色散、非線性等因素 ,針對不同的傳輸模式、不同的應用場景、不同的需求等， 通過 對比來分析不同的傳輸模式、光纖傳輸特性對光纖通信的影響。 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 題目 名稱 ： 光纖通信技術研究現(xiàn)狀和應用前景 學院 名稱 ： 班 級： 學 號： 學生姓名 ： 指導教師 ： 2021 年 05 月 光纖通信技術研究現(xiàn)狀和應用前景 Optical fiber munication technology research present situation and application prospect 學 院名稱： 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師 ： 2021 年 05 月 論文編號 ： 1 摘要 此次畢業(yè)論文的題目是“光纖通信技術研究現(xiàn)狀和應用前景”，將光纖通信技術實現(xiàn)方法原理作為主要研究內(nèi)容 。 這也是本論文要綜合論述的結(jié)論 .最后分析指出光纖通信技術的應用前景 以及前沿技術 。光纖與以往使用的傳輸媒介相比，具有 諸多顯著的傳輸優(yōu)點。 在內(nèi)容安排上，論文第一章簡述光纖通信技術的發(fā)展歷史、光纖通信技術的特點 及 光纖通信系統(tǒng)的組成 ；第二章介紹了傳輸介質(zhì) —— 光纖， 用射線光學理論和光纖導光原理 詳細闡述了光纖傳輸理論，并在此基礎上分析了光纖的傳輸特性 ， 另外 還介紹了新型光纖；第三章 歸結(jié)為光纖通信技術的前景展望，重點闡述了光孤子 通信和全光網(wǎng)絡 技術及其及應用前景 ；緊接著的是此次畢業(yè)論文的總結(jié)，包含著對此次畢業(yè)設計的整個研究工作的歸納，也是本文的思想精髓。目前也主要采用三種通信窗口，即波長為 、 。 同年， Hayashi 等人研制出了室溫下連續(xù)運行的的GaAlAs(鎵鋁砷 )雙異質(zhì)結(jié)注入式半導體激光器，從而為光通信提供了合適的光源和信道， 使光纖進行遠距離傳輸成為可能， 從此開啟光纖通信的的新紀元。 國外 光纖技術發(fā)展情況 ： ① 20 世紀 60 年代中期，所研制的最好的光纖損耗在 400dB/Km以上； ② 1966 年英國標準電信研究所高錕及 從理論上預言光纖損耗可降至 20dB/Km以下； ③ 1970 年康寧公司采用“粉末法”先后獲得了損耗低于 20dB/Km 和 4dB/Km的低損耗石英光纖； ④ 1974 年貝爾實驗室采用改進的化學汽相沉積法制出性能優(yōu)于康寧公司額光纖產(chǎn)品； ⑤ 1979 年，摻鍺石英光纖在 dB/km，這一數(shù)值已經(jīng)十分接近由瑞利散射所決定的石英光纖理論損耗極 限； ⑥ 1988 年 ，第一條跨越大西洋海底，連接美國東海岸同歐洲大陸的光纜開通。 ㈠ 第一代光纖通信系統(tǒng) 1978 年， 第一代光纖通信系統(tǒng) ( )正式投 入商業(yè)應用，光源為半導體激光器（ GaAlAs LD）或發(fā)光二極管，其工作波長為 λ=， 該光纖通信系統(tǒng)稱為短波通信系統(tǒng) 。 ㈡ 第二代光纖通信系統(tǒng) 1981 年又實現(xiàn)了兩電話局間使用 ，為第二代 早期多模 光纖通信系統(tǒng)，光源為 InGaAsP 半導體激光器，其工作波長為 λ=，該波段是石英系光纖的第二個低損耗窗口，有較低的損耗和最低的色散。 ㈢ 第三代光纖通信系統(tǒng) 1990 年，第三代光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)可以初步 投入 商業(yè)運營，光源為 InGaAsP 半導體激光器，光電探測器與第二代光纖通信系統(tǒng)同為鍺光電探測器，信道為單模光纖，其工作波長為 λ=，該光纖通信系統(tǒng)稱為長波光纖通信系統(tǒng)。 第三代光纖通信系統(tǒng)的比特率為 ，中繼距離大于 100 km[2]。 圖 113 相干光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ㈤ 第五代光纖通信系統(tǒng) — 光孤子通信系統(tǒng) 光孤子通信是利用光纖非線性進行超大容量、超長距離的光纖通信方式。 其之所以得到如此飛速的發(fā)展，是因為它具有不可比擬的一系列獨特的優(yōu)點 [2]。 對于一個長途傳輸線路，又由于中繼站數(shù)目的減少，系統(tǒng)成本和復雜性可大大降低。 現(xiàn)在單模光纖的帶寬可達 THz 光纖還是一種介質(zhì)光波導，可以將光波封閉在其中進行傳播， 光波在光纖中傳輸，因為光信號被完善地限制在光波導結(jié)構(gòu)中，而任何泄漏的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包 層 所吸收， 即使在轉(zhuǎn)彎處，漏出的光波也十分微弱， 還有 即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，相鄰信道也不會出現(xiàn)串音干擾，同時在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔?。與之相聯(lián)系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構(gòu)成復合光纜。制備光纖、光纜的主要原材料 2iOS 是地球上儲量最豐富的物質(zhì) 。 ⑺ 光纖使用壽命長的優(yōu)點 光纖 存在著諸多優(yōu)點的同時，也有其相應的缺點 。切斷和連接光纖時，需要高精度技術，這在連接電纜時是沒有的 ，且分路耦合不方便。 但這些缺點并不影響它的廣泛應用。光收信機和光收信機在一起稱為光端機 [10]。然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜 中 進行傳輸。然后再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端 機。其主要作用有兩個：一個是對波形失真的脈沖進行整形；另一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減。 光 纖通信 傳輸系統(tǒng) 中，要提高傳輸性能 ，還必須依靠多信道系統(tǒng)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號復用，并 耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號解復用。在子網(wǎng)中使用 WDM 可增強網(wǎng)絡的靈活性和可靠性，而 TDM 則是實現(xiàn)高速傳輸?shù)挠辛ν緩健?隨著通信技術的進一步發(fā)展 ， 光纖光纜已逐步取代電纜成為國家通信技術的主干線。 光纖的基本結(jié) 構(gòu) 光纖的典型結(jié)構(gòu)是一種細長多層同軸圓柱形實體復合纖維。包層的折射率小于略微小于纖芯，以期光的傳輸性能穩(wěn)定， 涂 覆 層 主要 對前兩者 提供機械保護 ，同時又增加光纖的柔韌性， 起 著延長光纖壽命的作用。 光纖中只傳輸一種模式時，叫做單模光纖。 由于單模光纖只傳輸基模， 從而完全避免了模 間 色散，使傳輸帶寬大大加寬，因此，它適用于大容量、 長距離的光纖通信。 ② 多模光纖。所以這種 光纖的模 式 色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率 也 不 高，用于通信不夠理想，只適用于短途、低速通信。 這種空間分布在傳播過程中只有相位的變化，沒有形狀的變化，且始終滿足邊界條件， 每一種這樣的分布對應一種模式。同時，性能最好的光放大器比如摻鉺光纖放大器，其工作波長范圍是 ～ ，但階躍折射率單模光纖在這一波段的色散非常大。 漸變折射率多模光纖通過用纖芯、包層折射率漸變的方式來代替突變邊界，從而基本上消除了模式色散，也使?jié)u變折射率多模光纖的傳輸容量大大增加。 這種光纖的纖芯和包層是由高純度 2iOS 的 中摻雜適當?shù)碾s質(zhì)制成的。 總結(jié)： ① 歸一化頻率 V的表達式： 圖 22 漸變折射率光纖折射率分 布圖 12 2 2 1 20 1 212() 22a NAV k a n nan???????? ? ? ?? ??? ② 光纖中可傳播的模式數(shù) M 與 V的關系 (當 V20): 221 ()21 ()4VMV???? ????階 躍 光 纖漸 變 光 纖 歸一化頻率 V越大，能夠傳播的模式數(shù)就越多。 光學理論的基本關系是有關光波反射和折射的菲涅爾定律。取 角 r? = 極限值時，相應的角 1? 被定義為臨界角 c? 。 光纖 導光的原理 [1] 光纖傳輸?shù)臈l件要滿足光線在纖芯和包層界面上 反復發(fā)生 全反射 的 條件，同時還需滿足傳輸過程中的相干加強條件。選用圓柱坐標(r, z)?， ， 使 z 軸與光纖中心軸線一致，將式 (23)和 (24)在圓柱坐標中展開， 從而得到電場的 z 分量 Ez 的波動方程為 : 2 2 2 22 2 2 211 ( ) 0Z Z Z Z ZE E E E nw Er r r r Z c?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?26? 磁場分量 Hz 的方程和 ? ?25? 式 完全相同。 (2)幾何光學法。 光纖的 傳輸 特性 光纖的特性參數(shù) 主要 包括損耗（衰減）、色散、非線性等。光纖衰減 在很大程度上決定了多模和單模光纖通信的中繼距離 ，光 纖 越長，吸收和散射損耗就越重要，相對的耦合損耗就處于次要位置。 色散是指光纖對在其中傳輸?shù)墓饷}沖的展寬特性， 色散造成的脈沖展寬限制了通信系統(tǒng)的傳輸速度。 目前在高速、長距離通信中所用的光纖都是單模光纖，而單模 光纖中的色散主要是色度色散， 色度色散是指光通過光纖時由于群速度與波長有關而造成的脈沖展寬 。 波導色散是另一種效應，它源于纖芯和包層之間光分布的變化。 光纖的非線性效應 光纖的非線性效應，即，如果一個光纖的參數(shù)依賴于光功率，那么就稱它為非線性的。 新型光纖 光纖技術 發(fā)展至今，各種能夠?qū)崿F(xiàn)特殊功能的光纖紛紛問世，不僅使得光纖通信得 以飛速發(fā)展，也使得光纖傳 感技術進入了商業(yè)實用化階段。 調(diào)整波導色散可使色散最小值發(fā)生移動，通過設計纖芯、包層結(jié)構(gòu)更為復雜的光纖 能將低色散移位至 。 圖 252 零色散位移光纖 避免四波混頻的有效辦法就是將零色散波長移到摻鉺光纖放大器的工作波段之外，綜合以上各種考慮，我們的目標就是尋找最佳的結(jié)合點 ，已經(jīng)研制出的長波長非零色散位移光纖的零色散波長值恰好在摻鉺光纖放大器的工作波段之外，在這之間沒有所謂的零色散點存在，這種 光纖的應用傳輸距離很短，但是不需要光放大器。 但是缺點也很明顯，尤其是在用于通信方面，透明塑料的衰減要比玻璃光纖高很多，塑料光纖的損耗在短波長一側(cè)有一定的下降，完全由塑料制成的多模光纖要比石英光纖具有更高的損耗，基于此原因，塑料光纖的應用 非常