【正文】 的希望 ， 和普通光相比 ， 激光具有波譜寬度窄 ， 方向性極好 ， 亮度極高 ， 以及頻率和相位較一致的良好特性 。 3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成 第 1 章 概 論 返回主目錄 第 1 章 概論 中國古代用 “ 烽火臺(tái) ” 報(bào)警 ， 歐洲人用旗語傳送信息 ， 這些都可以看作是原始形式的光通信 。 望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn) ， 又極大地延長(zhǎng)了這種目視光通信的距離 。 激光是一種高度相干光 ， 它的特性和無線電波相似 ， 是一種理想的光載波 。 因而通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制 ， 不能實(shí)現(xiàn) “ 全天候 ” 通信 。 首先 ， 現(xiàn)場(chǎng)施工中校準(zhǔn)和安裝十分復(fù)雜；其次 ， 為了防止地面活動(dòng)對(duì)波導(dǎo)的影響 ， 必須把波導(dǎo)深埋或選擇在人車稀少的地區(qū)使用 。 這個(gè)思想和預(yù)測(cè)受到世界各國極大的重視 。 在以后的 10 年中 ， 波長(zhǎng)為 μm的光纖損耗： 1979 年是 dB/km， 1984年是 dB/km， 1986 年是 dB/km， 接近了光纖最低損耗的理論極限 。 由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步 ， 使 1970 年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑 。 自從 1966 年高錕提出光纖作為傳輸介質(zhì)的概念以來 ， 光纖通信從研究到應(yīng)用 ， 發(fā)展非常迅速：技術(shù)上不斷更新?lián)Q代 ， 通信能力 (傳輸速率和中繼距離 )不斷提高 ， 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 。 實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到更高水平 。 世界成纜光纖市場(chǎng)銷售量 ， 1994年為 1810 104 km， 預(yù)測(cè) 2022年為 6570 104 km， 7年中CAGR為 20%， 每年數(shù)據(jù)見表 。 表 世界成纜單模光纖市場(chǎng)銷售量 年份 1998 1999 2022 2022 2022 2022 光纖銷售總長(zhǎng)度/104 km 4110 4600 5350 6230 7200 8110 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用 最大可能的信息傳輸容量和傳輸距離 。 光纖通信用的近紅外光 (波長(zhǎng)為 ~)頻帶寬度約為 200THz， 在常用的 μm和 μm兩個(gè)波長(zhǎng)窗口頻帶寬度也在 20 THz以上 。km－1)? 5 1 m m 波導(dǎo)器 在光纖通信系統(tǒng)中 ， 作為載波的光波頻率比電波頻率高得多 ， 而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多 ， 因此相對(duì)于電纜通信或微波通信 ， 光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 。 就單根光纖而言 ， 采用波分復(fù)用 (WDM)或光頻分復(fù)用 (OFDM)是增加光纖通信系統(tǒng)傳輸容量最有效的方法 。 波分復(fù)用 (WDM)和光時(shí)分復(fù)用 (TDM)更是極大地增加了傳輸容量 ， 見表 。 3. 重量輕 、 光纖重量很輕 ， 直徑很小 。 表 出了鋁 /聚乙烯粘結(jié)護(hù)套 (LAP)單元結(jié)構(gòu)光纜和標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的重量和截面積的比較 。 光纖 (復(fù)合 )架空地線 (Optical Fiber Overhead Ground Wire, OPGW)是光纖與電力輸送系統(tǒng)的地線組合而成的通信光纜 ， 已在電力系統(tǒng)的通信中發(fā)揮重要作用 。 圖 (話路數(shù) )的關(guān)系 。 ④ 綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng) ， 分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng) ， 可實(shí)現(xiàn)電話 、 數(shù)據(jù) 、 視頻 (會(huì)議電視 、 可視電話等 )及多媒體業(yè)務(wù)綜合接入核心網(wǎng) ， 提供各種各樣的社區(qū)服務(wù) 。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換目前普遍采用脈沖編碼調(diào)制 (PCM)方式 ， 這種方式是通過對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣 、量化和編碼而實(shí)現(xiàn)的 。 電接收機(jī)的功能和電發(fā)射機(jī)的功能相反 ， 它把接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào) ， 最后由信息宿恢復(fù)用戶信息 。 目前廣泛使用的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管 (LED)和半導(dǎo)體激光二極管 (或稱激光器 )(LD)， 以及譜線寬度很小的動(dòng)態(tài)單縱模分布反饋 (DFB)激光器 。 這種調(diào)制器是利用電信號(hào)改變電光晶體的折射率 ， 使通過調(diào)制器的光參數(shù)隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)調(diào)制的 。 光纖線路的性能主要由纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定 。km。 對(duì)光檢測(cè)器的要求是響應(yīng)度高 、 噪聲低和響應(yīng)速度快 。 目前 ， 實(shí)用光纖通信系統(tǒng)普遍采用直接調(diào)制 —直接檢測(cè)方式 。 這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)和不同時(shí)期的發(fā)展趨勢(shì) 。 數(shù)字通信系統(tǒng)可以用不同方式再生傳輸信號(hào) ， 消除傳輸過程中的噪聲積累 ， 恢復(fù)原信號(hào) ， 延長(zhǎng)傳輸距離 。 例如 ， 一路模擬電話只占用 4 kHz的帶寬 ， 而一路數(shù)字電話要占用 20~64 kHz的帶寬 。 目前 ， 在衛(wèi)星模擬電視傳輸中 ， 視頻信號(hào)對(duì)微波的調(diào)制采用的是調(diào)頻 (FM)， 所以連接衛(wèi)星地面站的干線光纖傳輸系統(tǒng)要采用 FM/SCM方式 。 模擬通信系統(tǒng)要求傳輸信號(hào)和信息之間具有良好的線性關(guān)系 ， 因此需要輸出光功率與驅(qū)動(dòng)電流之間具有極好線性特性的激光器 。 因而對(duì)于電話的傳輸 ， 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)是最佳的選擇 。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中 ，話音 、 圖像等各種信息都變換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) ， 可以把傳輸技術(shù)和交換技術(shù)結(jié)合起來 ， 有利于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù) 。 目前雖有數(shù)字通信幾乎完全代替模擬通信的趨勢(shì) ， 但是模擬通信仍然有著重要的應(yīng)用 。 光接收機(jī)最重要的特性參數(shù)是靈敏度 。 光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程 (常簡(jiǎn)稱為光 /電或 O/E轉(zhuǎn)換 )， 是通過光檢測(cè)器的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的 。 根據(jù)光纖傳輸特性的特點(diǎn) ， 光纖通信系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)都選擇在 μm、 μm 或 μm， 特別是 μm和 μm應(yīng)用更加廣泛 。 目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖 ， 單模光纖的傳輸特性比多模光纖好 ， 價(jià)格比多模光纖便宜 ， 因而得到更廣泛的應(yīng)用 。 圖 (a) 直接調(diào)制； (b) 間接調(diào)制 (外調(diào)制 ) 激光源驅(qū)動(dòng)器光纖光信號(hào) 輸出電信號(hào)輸入( a )激光源 調(diào)制器驅(qū)動(dòng)和 控制電信號(hào) 輸入光纖光信號(hào) 輸出( b ) 對(duì)光參數(shù)的調(diào)制 ， 原理上可以是光強(qiáng) (功率 )、 幅度 、 頻率或相位調(diào)制 ， 但實(shí)際上目前大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)都采用直接光強(qiáng)調(diào)制 。 光發(fā)射機(jī)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的過程 (常簡(jiǎn)稱為電 /光或E/O轉(zhuǎn)換 )， 是通過電信號(hào)對(duì)光的調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的 。 基本光纖傳輸系統(tǒng)作為獨(dú)立的 “ 光信道 ” 單元 ， 若配置適當(dāng)?shù)慕涌谠O(shè)備 ， 則可以插入現(xiàn)有的數(shù)字通信系統(tǒng)或模擬通信系統(tǒng) ， 或者有線通信系統(tǒng)或無線通信系統(tǒng)的發(fā)射與接收之間光發(fā)射機(jī) 、 光纖線路和光接收機(jī) ， 若配置適當(dāng)?shù)墓馄骷?， 可以組成傳輸能力更強(qiáng) 、 功能更完善的光纖通信系統(tǒng) 。 對(duì)于模擬電視傳輸 ， 則用攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)換為 6 MHz的模擬基帶信號(hào) ， 直接輸入光發(fā)射機(jī) 。 用戶要傳輸?shù)男畔⒍喾N多樣 ， 一般有話音 、 圖像 、 數(shù)據(jù)或多媒體信息 。 圖 各種通信系統(tǒng)相對(duì)造價(jià)與傳輸容量的比較 平行雙 絞線電纜 同軸電 纜 微波10210 10310410510610－ 110－ 210－ 310－ 410－ 5系統(tǒng)/話路公里相對(duì)造價(jià)話路數(shù) / 條光纜 光纖可以傳輸數(shù)字信號(hào) ， 也可以傳輸模擬信號(hào) 。 沒有專用的特殊工具 ， 光纖不能分接 ， 因此信息在光纖中傳輸非常安全 。 在飛機(jī)上用