【正文】 通信核心技術(shù)專(zhuān)利是 90 件，我國(guó)自主申請(qǐng)的只有 9 件，僅占 10％。 光纖通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中幾個(gè)值得思考的問(wèn)題 12 積極創(chuàng)新開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù) 雖然這幾年來(lái)，我國(guó)光纜電纜技術(shù)有很大發(fā)展，有一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)已在發(fā)揮作用，但是應(yīng)該看到這種比例仍是很小的，國(guó)內(nèi)有近 200 家光纖光纜廠，但大多產(chǎn)品單一，沒(méi)有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)含量較低，競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。 (6)無(wú) 輻射 ,難于竊聽(tīng)。 (4)光纖尺寸小、重量輕、便于敷設(shè)和運(yùn)輸。 (2)信號(hào)串?dāng)_小、保密性能好。在 接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì) 要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。 光纖通信的介紹 光纖即為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)。 ，微分增益失真小于 2%)，達(dá)到了廣播級(jí)的傳輸質(zhì)量，并且圖像傳輸是全實(shí)時(shí)的。它用高的數(shù)據(jù)速率來(lái)保證視頻信號(hào)的傳 輸質(zhì)量和實(shí)時(shí)性，由于光纖的帶寬非常大，所以這種高數(shù)據(jù)速率也并沒(méi)有對(duì)傳輸通道提出過(guò)高要求。另外，經(jīng)過(guò)壓縮后圖像會(huì)產(chǎn)生一定的失真，并且這種光端機(jī)的價(jià)格也偏高。因?yàn)閳D像壓縮與解壓縮需要一定的時(shí)間，所以一般會(huì)對(duì)所傳輸?shù)膱D像產(chǎn)生12s的延時(shí)。不過(guò)，圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)也有其固有的缺點(diǎn)。由于采用了圖像壓縮技術(shù)，它能大大降低信號(hào)傳輸帶寬，以利于占用較少的資源就能傳送圖像信號(hào)。由于采用了圖像壓縮技術(shù)，它能大大降低信號(hào)傳輸帶寬。目前，數(shù)字圖像光端機(jī)主要有兩種技術(shù)方式：一種 是 MPEG II 圖像壓縮數(shù)字光端 機(jī)，另一種是非壓縮數(shù)字圖像光端機(jī)。通過(guò)使用波分復(fù)用技術(shù)，還可以在一根光纖上實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)信號(hào)的雙向傳輸。由于采用了 PFM 調(diào)制技術(shù)，其傳輸距離很容易就能達(dá)到 30 Km 左右，有些產(chǎn)品的傳輸距離可以達(dá)到 60 Km，甚至上百公里。 下圖是光端機(jī)的 工作 原理： 圖 23 光端機(jī)工作原理圖 模擬光端機(jī) 模擬光端機(jī)采用了 PFM 調(diào)制技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸圖像信號(hào)，是目前使用較多的一種。在高速公路、銀行、電力、 電信 等的監(jiān)控領(lǐng)域都要求對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程的傳輸，目前主要的解決方法是利用光端機(jī)將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。例如可以應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部部門(mén) 10 之間長(zhǎng)距離局域 網(wǎng)絡(luò) 之間的 數(shù)據(jù)通信 、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線基站間傳輸系統(tǒng)，公共交換 電話網(wǎng) 中遠(yuǎn)端線路單元，商業(yè)網(wǎng)中提供專(zhuān)線及 PABX 群路的網(wǎng)絡(luò)終端，校園網(wǎng)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路和 接入網(wǎng)中用于通常的信號(hào)傳輸?shù)鹊取Ｒ话阕钚〉墓舛藱C(jī)可以傳輸 4個(gè) E1，目前最大的光端機(jī)可以傳輸 4032 個(gè) E1。光端機(jī)就是將多個(gè) E1 信號(hào)變成光信號(hào)并傳輸?shù)脑O(shè)備 ， 它的作用主要就是實(shí)現(xiàn)電 光和光 電轉(zhuǎn)換 。 其中， 光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為光端機(jī)。 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) 、 抗干擾能力強(qiáng)等。 光端機(jī)的介紹 當(dāng)今社會(huì) ,光纖通信已成為通信的主要手段之一。在邊遠(yuǎn)山區(qū)，一旦光纜中斷，就會(huì)使全縣甚至光纜沿線幾個(gè)縣在通信上與世隔絕，成為孤島。 也就是說(shuō)，一對(duì)纖芯可開(kāi)通 3 萬(wàn)條、 12萬(wàn)條、 48 萬(wàn)條甚至向更多話路發(fā)展。通過(guò)光纜傳輸?shù)男畔?，除了通常的電話、電?bào) 、傳真以外，現(xiàn)在大量傳輸?shù)倪€有電視信號(hào) 、 銀行匯款、股市行情等一刻也不能中斷的信 息。如果把 “互聯(lián)網(wǎng) ”稱(chēng)作 “信息高速公路 ”的話，那么，光纜網(wǎng)就是信息高速路的基石 光纜網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的物理路由。 (3)按用途分有：長(zhǎng)途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。 光纜的種類(lèi) 光纜的種類(lèi)很多，其分類(lèi)的方法就更多，下面介紹一些習(xí)慣的分類(lèi)： (1)按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜 、 管道光纜 、 鎧裝地埋光纜和海底光纜。后不久便在市內(nèi)電話網(wǎng)內(nèi)作為局間中繼線 試用， 1984 年以后，逐漸用于長(zhǎng)途線路，并開(kāi)始采用單模光纖。中國(guó)于 1978 年自行研制出通信光纜，采用的是多模光纖，纜心結(jié)構(gòu)為層絞式。單模光纖制成的商用光纜于 1983 年開(kāi)始在長(zhǎng)途線路上采用。 圖 21 光纜 光 纜歷史 1976 年，美國(guó)貝爾研究所在亞特蘭大建成第一條光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用了西方電氣公司制造的含有 144 根光纖的光纜。光纜是一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護(hù)套，有的還包覆外護(hù)層，用以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸?shù)囊环N通信線路。 (5) 類(lèi)光纖是非零色色散位移單模光纖，目前分為 、 和 三個(gè)子類(lèi)， IEC 和 GB/T 把 類(lèi)光纖分類(lèi)命名為 B4 類(lèi)光纖。 (3) 光纖是色散位移單模光纖， IEC 和 GB/T 把 光纖分類(lèi)命名為 B2型光纖。 (1) 類(lèi)是多模光纖， IEC 和 GB/T 又進(jìn)一步按它們的纖芯直徑、包層直徑、數(shù)值孔徑的參數(shù)細(xì)分為 A1a、 A1b、 A1c 和 A1d 四個(gè)子類(lèi)。 12 代表是 8 芯和 12芯 ， B1 代表 類(lèi)是常規(guī)單模光纖。松套管?chē)@中心加強(qiáng)芯絞合成緊湊和圓形的纜芯，纜芯內(nèi)的縫隙充以阻水填充物 。m 光纖套入高模量材料制成的松套管中，松套管內(nèi)填充防水化合物。 光纖的型號(hào) 介紹 在這里主要介紹 GYTA 單模光 纖 。在單模光纖中由于沒(méi)有模式色散，所以它具有非常寬的帶寬。模式色散僅在多模光纖中存在，在單模光纖中不產(chǎn)生模式色散，而只有材料色散和波導(dǎo)色散。由上述原因所形成的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散。具有一定波譜線寬的光源所發(fā)出的光脈沖射入到光纖后，由于不同波長(zhǎng)的光其傳輸路程不完全相同，所以到達(dá)光纖出射端的時(shí)間也不相同，從而使脈沖展寬。 波導(dǎo)色散：由于光纖的纖芯與包層的折射率差別很小，因而在界面產(chǎn)生全反射現(xiàn)象時(shí)，有一部分光進(jìn)入到包層 之內(nèi)。 材料色散：光纖材料石英玻璃的折射率對(duì)不同的傳輸光波長(zhǎng)有不同的值，包含有許多波長(zhǎng)的太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡以后可分成 7 種不同顏色就是一個(gè)證明。 從光纖色散產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)看，它包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散 3 種。由干光纖中色散的存在，將直接導(dǎo)致光信號(hào)在光纖傳愉過(guò)程中的畸變，會(huì)使輸入脈沖在傳輸過(guò)程中展寬，產(chǎn)生碼間干擾 .增加誤碼率，從而限制了通信容量和傳愉距離。因而有不同的時(shí)間延時(shí)而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。 (2)色散特性 光纖色散是光纖通信的最重要的傳輸特性之一。目前采用特殊的生產(chǎn)工藝幾乎可以完全消除光纖內(nèi)部的氫氧根離子，從而可以制成一個(gè)無(wú)水峰光纖，也稱(chēng)全波光纖。其中以 1390mm 的吸收峰影響最為嚴(yán)重。目前過(guò)渡金屬離子含量可以降低到 以下， 1ppb 表示質(zhì)量的十億分之一，吸收峰損耗也可降低到 1dB/km以下。一個(gè)是紫外吸收帶，一個(gè)是紅外吸收帶。本征吸收是不可避免的，所以本征吸收基本上確定了任何特定材料的吸收下限。造成吸收損耗的原因很多，主要有本征吸收和雜質(zhì)吸收。 光纖本身?yè)p耗的原因主要有吸收損耗和散射損耗兩類(lèi)。它表明了光纖對(duì)光能的傳愉損耗 、 光纖每單位長(zhǎng)度的損耗 ， 直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳翰距離的長(zhǎng)短，對(duì)光纖質(zhì)量的評(píng)定和對(duì)光纖通信系 統(tǒng)的中繼距離的確定都起著十分重要的作用。 光纖的傳輸特性 6 (1)損耗特性 由于損耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不管是模擬信號(hào)還是脈沖信號(hào)，其幅度都要減小 。實(shí)現(xiàn)全反射的兩個(gè)條件為 :一定要使光纖纖芯的折射率 n1大于光纖包層的折射率 n2。一般將折射率較大的介質(zhì)稱(chēng)為光密媒質(zhì)，折射率小的稱(chēng)為光疏媒質(zhì)。 折射定律為折射線位于入射線和法線所決定的平面內(nèi)，折射線和入射線位于法線的兩側(cè)。光在均勻介質(zhì)中的傳播速度為： V=c/n。 光的直線傳播和折射、反射定律認(rèn)為，光在各向同性的均勻介質(zhì)（折射率 n 不變）中，光線按直線傳播。當(dāng)碰到對(duì)面交界面時(shí)，又全反射回來(lái)，光纖中的光就是這樣在芯包交界面上，不斷地來(lái)回全反射，傳向遠(yuǎn)方，而不會(huì)漏射到包層中去。這 就滿(mǎn)足了全反射的一個(gè)條件。纖芯的折射率一般是 ～ ，包層的折射率是 ～ 左右。纖芯區(qū)域完成光信號(hào)的傳輸 ,包層則是將光封閉在纖芯內(nèi)，并保護(hù)纖芯 ,增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度。因此用弧子脈沖可以實(shí)現(xiàn)超大容量的光纖通信。窄光脈沖經(jīng)光纖傳輸后，因光纖的色散作用出現(xiàn)脈沖展寬一直是制約大容量、長(zhǎng)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。采用光集成技術(shù)，不僅是設(shè)備的體積、重量大大減少、而且提高了穩(wěn)定性與可靠性。目前石英光纖的損耗已接近理論極限值，再無(wú)多大潛力可挖。在收端，把由光纖傳輸來(lái)的相干光載波與本振光源發(fā)出的相干光，經(jīng)光耦合器后加到光混合器上進(jìn)行混頻與差額，然后把差額后的中頻光信號(hào)進(jìn)行放大、檢波。在此方式下，光波元器件的調(diào)制速率、光接 收機(jī)的靈敏度受到局限而難以再提高，適用不了超大容量、超長(zhǎng)距離通信的要求。在系統(tǒng)的發(fā)送端，由各個(gè)分系統(tǒng)分別發(fā)出不同波長(zhǎng)的光波，并由合波器合成一束光波進(jìn)入光纖進(jìn)行傳輸，而在接收端用光波分離開(kāi)，分別輸入刀各個(gè)系統(tǒng)的光接收機(jī)。光纖通信作為現(xiàn)代通信的主要支柱，在現(xiàn)代通信網(wǎng)中起著重要的作用。 光纖通信的發(fā)展趁勢(shì) 光纖通信從 1970 年真正起步，乃今為止僅有 30 多年的時(shí)間，但光纖通信的技術(shù)無(wú)論是光纖制造技術(shù)還是光電器件的制造技術(shù)，以及光纖通行系統(tǒng)的水平都取得了極其驚人的進(jìn)展，它 以成為現(xiàn)代通信最主要的傳輸手段。然而就目前的光纖通信而言，其實(shí)際應(yīng)用的僅是其潛在能力的 2%左右，尚有巨大的潛力等待人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)和利用。用帶寬極其驚人的進(jìn)展。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成 3 為未來(lái)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。此后，光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng) 新；光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從 發(fā)展到 um 和 um，傳輸速率從幾十兆特每秒發(fā)展到幾十吉比特每秒。 從光纖通信系統(tǒng)看，正是光纖制造技術(shù)和光電器件制造技術(shù)的飛速發(fā)展，以及大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了光纖通信系統(tǒng)從小容量刀大容量、從短距離刀長(zhǎng)距離、從低水平到高水平、從舊體制刀新體制的迅猛發(fā)展。后來(lái)逐漸發(fā)展到性能更好、壽命達(dá)幾萬(wàn) 小時(shí)的異質(zhì)結(jié)條形激光器和現(xiàn)在的分布反饋式單縱模激光器以及多量子阱激光器。 從光纖的損耗來(lái)看， 1970 年是 20dB/km， 1972 年是 4 dB/km， 1974 年是 ， 1976年是 dB/km，