【正文】 式，它只相當(dāng)于原始的無線通信所使用的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。 所謂相干光通信，就是在發(fā)端由激光器發(fā)出譜線較窄，頻率穩(wěn)定、相位恒定的相干光，并用先進(jìn)的調(diào)制方法對(duì)之進(jìn)行調(diào)制。 為了實(shí)現(xiàn)越來越大的信息容量和超長(zhǎng)距離傳輸，必須適用低損耗和低色散的單模光纖。 它和電子技術(shù)中的集成電路相類似，是把許多微型光學(xué)元件，如光源器件、光檢測(cè)器，34Mb/s 光纖通信系統(tǒng)工程設(shè) 計(jì) 4 光透鏡、光濾波器、光柵等集成在一塊很小的芯片上，構(gòu)成具有復(fù)雜性能的光器件；還可以和集成電路等電子元件集成在一起形成功能更復(fù)雜的光電部件，如光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)等。 通信容量越大，要求光脈沖越窄。 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入光強(qiáng)密度足夠大時(shí)，會(huì)引起光脈沖變窄的奇特現(xiàn)象，其光脈沖寬度可抵達(dá)幾個(gè)皮秒，即所謂光弧子脈沖。 34Mb/s 光纖通信系統(tǒng)工程設(shè) 計(jì) 5 第 二 章 光通信系統(tǒng) 光纖的介紹 光纖概念 光纖，是由纖芯和包層兩部分組成的。 目前，通信光纖的纖芯和包層的主體材料都是石英玻璃，但兩區(qū)域中摻雜情況不同，因而折射率也不同。也就是說，纖芯的折射率比包層的折射率稍微大一些。當(dāng)纖芯內(nèi)的光線入射到纖芯與包層的交界面時(shí)，只要其入射角大于臨界角，就會(huì)在纖芯內(nèi)發(fā)生全反射，光就會(huì)全部由交界面偏向中心。 光纖傳輸原理分析 光獨(dú)立傳播定律認(rèn)為，從不同光源發(fā)出的光線，以不同的方向通過介質(zhì)某點(diǎn)時(shí)，各光線彼此互不影響，好象其他光線不存在似的。光在傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，光發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。 (式中 c是光在真空中的傳播速度 ,n是介質(zhì)的折射率 ) 反射定律為反射線位于入射線和法線所決定的平面內(nèi)，反射線和入射線處于法線的兩 側(cè)，反射角等于入射角。 光在傳播過程中，若從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的交界面時(shí)，因兩種介質(zhì)的折射率不等，將會(huì)在交界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。 為了保證光信號(hào)在光纖中能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，一定要使光信號(hào)在光纖中反復(fù)進(jìn)行全反射，才能保證衰減最小，色散最小，到達(dá)遠(yuǎn)端。光入光纖的光線向纖芯一包層界面入射時(shí)， 入射角應(yīng)大 于 臨界角。衰減是光纖的一個(gè)重要的傳輸參數(shù)。 形成光纖損耗的原因很多，既有來自光纖本身的損耗，也有光纖與光源的藕合損耗以及光纖之間的連接損耗。 吸收損耗是光波通過光纖的材 料時(shí)，有一部分光能變成熱能，從而造成光功率的損失。 本征吸收是指光纖基本材料固有的吸收。對(duì)于石英光纖，本征吸收有兩個(gè)吸收帶 。 光纖中的雜質(zhì)吸收有鐵、鉻、銅等過渡金屬離子和氫氧根離子吸收。 由氫氧根離子產(chǎn)生吸收峰出現(xiàn)在 950mm、 1240mm 和 1390mm 波和附近。一般氫氧根離子的含量可降低到 。 散射損耗是由于光纖的材料、形狀、折射率分布等的缺陷或不均勻，使光纖中傳導(dǎo)的光發(fā)生散射而產(chǎn)生的損耗。在光纖中由于不同成分的光信號(hào)有不同的傳輸速度。 在光纖中，不同速率的信號(hào)傳過同樣的距離需要不 同的時(shí)間，從而產(chǎn)生時(shí)延差 .時(shí)延差越大，色散越嚴(yán)重，因此可用時(shí)延差表示色散的程度。因此制造優(yōu)質(zhì)的、色散小的光纖，對(duì)于通信系統(tǒng)容量和加大傳輸距離是非常重要的。 34Mb/s 光纖通信系統(tǒng)工程設(shè) 計(jì) 7 模式色散：在多模光纖中由于各傳輸模式的傳輸路徑不同，各模式到達(dá)出射端的時(shí)間不同，從而引起光脈沖展寬，由此產(chǎn)生的色散稱為模式色散。由于上述原因，材料折射率隨光波長(zhǎng)而變化從而引起脈沖展寬的現(xiàn)象稱為材料色散。由于出現(xiàn)在包層內(nèi)的這部分光，大小與光波長(zhǎng)有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長(zhǎng)度隨光波波長(zhǎng)的不同而異。具體說入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，進(jìn)入到包層的光強(qiáng)比例就越大，傳輸路徑距離越長(zhǎng)。 材料色散和波導(dǎo)色散都與光波長(zhǎng)有關(guān)，所以又統(tǒng)稱為波長(zhǎng)色散。通常各種色散的大小順序是模式色散 材料色散 波導(dǎo)色散，因此多模光纖的傳輸帶寬幾乎僅由模式色散所制約。色散的單位 是指單位光源光譜寬度、單位光纖長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的光脈沖的展寬 。 GYTA 光纜的結(jié)構(gòu)是將 250181。纜芯的中心是一根金屬加強(qiáng)芯，對(duì)于某些芯數(shù)的光纜來說，金屬加強(qiáng)芯外還需擠上一層聚乙烯（ PE）。涂塑鋁帶（ APL）縱包后擠制聚乙烯護(hù)套成纜。 通信光纖具體分為 、 、 、 、 和 六個(gè)大類和若干子類 。 (2) 類是常規(guī)單模光纖，目前分為 、 、 和 四個(gè)子類 ,IEC和 GB/T 把 命名為 外，其余的則命名為 。 (4) 光纖是截止波長(zhǎng)位移單模光纖，也稱為 1550nm 性能最佳光纖， IEC 和 GB/T 把34Mb/s 光纖通信系統(tǒng)工程設(shè) 計(jì) 8 光纖分類命名為 型光纖。 光纜的介紹 光纜 (optical fiber cable)主 要是由光導(dǎo)纖維（細(xì)如頭發(fā)的玻璃絲）和塑料保護(hù)套管及塑料外皮構(gòu)成 ， 光纜內(nèi)沒有金、銀、銅鋁等金屬，一般無回收價(jià)值。即由光纖 (光 傳輸載體 )經(jīng)過一定的工藝而形成的線纜 。 1980 年，由多模光纖制成的商用光纜開始在市內(nèi)局間中繼線和少數(shù)長(zhǎng)途線路上采用。 1988 年，連接美國(guó)與英法之間的第一條橫跨大西洋海底光纜敷設(shè)成功，不久又建成了第一條橫跨太平洋的海底光纜。曾先后在上海、北京、武漢等地開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。 通信光纜比銅線電纜具有更大的傳輸容量，中繼段距離長(zhǎng)、體積小，重量輕，無電磁干擾，自 1976 年以后已發(fā)展成長(zhǎng)途干線、市內(nèi)中繼、近海及跨洋海底通信、以及局域網(wǎng) 、專用網(wǎng)等的有線傳輸線路骨干，并開始向市內(nèi)用戶環(huán)路配線網(wǎng)的領(lǐng)域發(fā)展，為光纖到戶、寬代綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)提供傳輸線路。 34Mb/s 光纖通信系統(tǒng)工程設(shè) 計(jì) 9 (2)按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜 、 層絞式光纜 、 緊抱式光纜 、 帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。 光纜網(wǎng)是信息高速路的基石 光纜是當(dāng)今信息社會(huì)各種信息網(wǎng)的主要 傳輸工具。一旦某條光纜遭受破壞而阻斷，該方向的 “信息高速公路 ”即告破壞。目前，長(zhǎng)途通信光纜的傳輸方式已由 PDH向 SDH發(fā)展，傳輸速率已由當(dāng)初的 140MB/S 發(fā)展到 、 16。如此大的傳輸容量，光纜一旦阻斷不但給電信部門造成巨大損失，而且由于通信不暢 會(huì)給廣大群眾造成諸多不便，如計(jì)算機(jī)用戶不能上網(wǎng)、股票行情不能知曉、銀行匯兌無法進(jìn)行、異地存取成為泡影、各種信息無法傳輸。給黨政軍機(jī)關(guān)和人民群眾造成的損失是無法估量的。同時(shí)，光纖通訊技術(shù)也在飛速的發(fā)展，使得光纖傳輸系統(tǒng)以其眾多的優(yōu)點(diǎn)，贏得了大家的青睞。 光傳輸系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī) 、傳輸介質(zhì)、 光接收機(jī) 三部分組成 。 光端機(jī)是 光纖通信系統(tǒng)中的光纖傳輸中斷設(shè)備，它們位于電端機(jī)和光纖傳輸線路之間 。光端機(jī)根據(jù)傳輸 E1 口數(shù)量的多少，價(jià)格也不同。 圖 22 光端機(jī) 由于光纖傳輸?shù)姆N種優(yōu)點(diǎn)，光端機(jī)應(yīng)用的場(chǎng)合非常廣泛。目前光端機(jī)應(yīng)用最多的方面就是長(zhǎng)距離視頻和數(shù)據(jù)的傳輸。此外光端機(jī)在遠(yuǎn)程 視頻會(huì)議 、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、通訊等諸多領(lǐng)域都有很廣闊的用武之地，未來的光端機(jī)將向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。發(fā)射端將模擬視頻信號(hào)先進(jìn)行 PFM 調(diào)制后 (一般有調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅幾種方式，從而把模擬光端機(jī)分成調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等幾種光端機(jī) )，再進(jìn)行電 光轉(zhuǎn)換，光信號(hào)傳到接收端后，進(jìn)行光 電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行 PFM 解調(diào)，恢復(fù)出視頻信號(hào)。并且，圖像信號(hào)經(jīng)過傳輸后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非線性 失真。 數(shù)字光端機(jī) 由于數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以正如數(shù)字技術(shù)在許多領(lǐng)域取代了模擬技術(shù)一樣，光端機(jī)的數(shù)字化也是一種必然趨勢(shì)。圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用 MPEG II 圖像壓縮技術(shù)，它能將活動(dòng)圖像壓縮成 N 2Mbps的數(shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸。 34Mb/s 光纖通信系統(tǒng)工程設(shè) 計(jì) 11 圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用 MPEG II 圖像壓縮技術(shù)，它能將活動(dòng)圖像壓縮成 N 2Mbps的數(shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸。同時(shí)，由于采用了 N 2Mbps 的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以利用現(xiàn)有的電信傳輸設(shè)備的富裕通道傳輸監(jiān)控圖像，為工程應(yīng)用帶來了方便。其致命的弱點(diǎn)就是不能保證圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。因此，這種設(shè)備只適合于用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)所，在工程使用上受到一些限制。 非壓縮數(shù)字圖像光端機(jī)的原理就是將模擬視頻信號(hào)進(jìn)行 A/D 變換后和語音、音頻、數(shù)據(jù)等信號(hào)進(jìn)行復(fù)接，再通過光纖傳輸。非壓縮數(shù)字圖像光端機(jī)能提供很好的圖像傳輸質(zhì)量 (信噪比大于 60dB，微分相位失真小于 2176。由于采用數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)備中可以利用已經(jīng)很成熟的通信技術(shù)比如復(fù)接技術(shù)、光收發(fā)技術(shù)等，提高了設(shè)備的可靠性，也降低了成本。光纖通信是以光波作為信息載體 ,以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。 光纖通信的原理是 在發(fā)送端首先要把傳送的信息 (如話音 )變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度 (頻率 )變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去 。 光纖通信之所以發(fā)展迅猛，主要緣于它具有以下特點(diǎn)： (1)通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。 (3)抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量好 。 (5)材料來源豐富，環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。 (7)光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。有資料統(tǒng)計(jì)， 1997～ 1999 年國(guó)內(nèi)企業(yè)申請(qǐng)光通信專利的有 132 件，其中光纖 38 件，光纜只有 19 件，而同期外國(guó)公司在中國(guó)申請(qǐng)光通信專利達(dá) 550 件，其中光纖光纜 37 件。實(shí)際上我國(guó)的光纖光纜技術(shù)應(yīng)該說與國(guó)際水平己差距下大，因此我們作為世界第二的光纜大國(guó)，應(yīng) 該把開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)作為我們工作的重中之重，爭(zhēng)取創(chuàng)造更多的光纖光纜專利。不難發(fā)現(xiàn)，光纜的結(jié)構(gòu)越來越依賴于使用的環(huán)境條件及施工的具體要求，在海底光纜、淺水光纜、 ADSS 及 OPGW光纜的開發(fā)中，會(huì)對(duì)這一點(diǎn)有深刻的體會(huì)。這當(dāng)中也包含了若干光纜設(shè)計(jì)、制造工藝、光纖光纜材料、施工安裝方面的新的技術(shù)課題。我國(guó)的用戶眾多，接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)具有很多的特色，對(duì)接入光纜也會(huì)有更多的要求，為我們研究和創(chuàng)新接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)光纜結(jié)構(gòu)提供了很好的機(jī)會(huì)。今后應(yīng)當(dāng)在這方面下些功夫，走自己的創(chuàng)新之路。 34Mb/