光纤通信.doc

1、光 纤 通 信简 介 ：光 纤 即 为 光 导 纤 维 的 简 称 。 光 纤 通 信 是 以 光 波 作 为 信 息载 体 ， 以 光 纤 作 为 传 输 媒 介 的 一 种 通 信 方 式 。 从 原 理 上 看 ，构 成 光 纤 通 信 的 基 本 物 质 要 素 是 光 纤 、 光 源 和 光 检 测 器 。 光纤 除 了 按 制 造 工 艺 、 材 料 组 成 以 及 光 学 特 性 进 行 分 类 外 ， 在应 用 中 ， 光 纤 常 按 用 途 进 行 分 类 ， 可 分 为 通 信 用 光 纤 和 传 感用 光 纤 。光 纤 通 信 特 点 ：（ 1)通 信 容 量 大 、 传

2、 输 距 离 远 ； 一 根 光 纤 的 潜 在 带 宽 可 达 20THz。 采 用 这 样 的 带 宽 ， 只 需 一 秒 钟 左 右 ， 即 可 将 人 类 古 今 中外 全 部 文 字 资 料 传 送 完 毕 。 目 前 400Gbit/s系 统 已 经 投 入 商 业使 用 。 光 纤 的 损 耗 极 低 ， 在 光 波 长 为 1.55 m附 近 ， 石 英 光 纤损 耗 可 低 于 0.2dB/km， 这 比 目 前 任 何 传 输 媒 质 的 损 耗 都 低 。因 此 ， 无 中 继 传 输 距 离 可 达 几 十 、 甚 至 上 百 公 里 。 (2)信 号 干 扰 小 、

3、保 密 性 能 好 ； (3)抗 电 磁 干 扰 、 传 输 质 量 佳 ， 电 通 信 不 能 解 决 各 种 电 磁 干 扰问 题 ， 唯 有 光 纤 通 信 不 受 各 种 电 磁 干 扰 。 (4)光 纤 尺 寸 小 、 重 量 轻 ， 便 于 铺 设 和 运 输 ； (5)材 料 来 源 丰 富 ， 环 境 保 护 好 ， 有 利 于 节 约 有 色 金 属 铜。 (6)无 辐 射 ， 难 于 窃 听 ， 因 为 光 纤 传 输 的 光 波 不 能 跑 出 光 纤 以外 。 (7)光 缆 适 应 性 强 ， 寿 命 长 。光 纤 通 信 的 原 理 是 :光 纤 的 基 本 概 念光

4、 纤 基 本 结 构光 纤 是 由 纤 芯 、 包 层 、 涂 覆 层 和 护 套 构 成 的 一 种 同 心 圆柱 体 结 构纤 芯 和 包 层 由 透 明 介 质 材 料 构 成 ， 其 折 射 率 分 别 为 n1和 n2。 为 了 使 纤 芯 能 够 远 距 离 传 光 ， 构 成 光 纤 的 必 要 条 件 是 n1 n2。 光 纤 传 光 原 理光 的 射 线 理 论（ 1） 直 线 传 播 定 律光 线 在 均 匀 介 质 中 总 是 沿 直 线 传 播 的 ， 其 传 播 速 度 为v = c/nc是 真 空 中 光 速 ， n是 均 匀 介 质 折 射 率 。（ 2） 反 射

5、 定 律 和 折 射 定 律光 线 经 过 两 种 不 同 介 质 的 交 界 面 时 ， 会 发 生 偏 折 。 （ 3） 全 反 射 定 律光 线 从 光 密 介 质 n1射 向 光 疏 介 质 n2时 ， 若 入 射 角 1满 足 以 下关 系 ： 1 c arcsin(n2/n1) 则 只 有 反 射 光 ， 而 无 折 射 光 。 c称 为 全 反 射 临 界 角 。光 纤 通 信 原 理在 发 送 端 首 先 要 把 传 送 的 信 息 （ 如 话 音 ） 变 成 电 信 号 ，然 后 调 制 到 激 光 器 发 出 的 激 光 束 上 ， 使 光 的 强 度 随 电 信 号 的幅

6、 度 （ 频 率 ） 变 化 而 变 化 ， 并 通 过 光 纤 发 送 出 去 ； 在 接 收 端， 检 测 器 收 到 光 信 号 后 把 它 变 换 成 电 信 号 ， 经 解 调 后 恢 复 原信 息 。 发 展 ：光 纤 通 信 是 现 代 通 信 网 的 主 要 传 输 手 段 ， 它 的 发 展 历 史只 有 一 二 十 年 ， 已 经 历 三 代 ： 短 波 长 多 模 光 纤 、 长 波 长 多 模光 纤 和 长 波 长 单 模 光 纤 采 用 光 纤 通 信 是 通 信 史 上 的 重 大 变革 ， 美 、 日 、 英 、 法 等 20多 个 国 家 已 宣 布 不 再 建

7、 设 电 缆 通 信线 路 ， 而 致 力 于 发 展 光 纤 通 信 中 国 光 纤 通 信 已 进 入 实 用 阶段 。光 纤 通 信 的 诞 生 和 发 展 是 电 信 史 上 的 一 次 重 要 革 命 与 卫星 通 信 、 移 动 通 信 并 列 为 20世 纪 90年 代 的 技 术 。 进 入 21世 纪后 ， 由 于 因 特 网 业 务 的 迅 速 发 展 和 音 频 、 视 频 、 数 据 、 多 媒体 应 用 的 增 长 ， 对 大 容 量 （ 超 高 速 和 超 长 距 离 ） 光 波 传 输 系统 和 网 络 有 了 更 为 迫 切 的 需 求 。 光 纤 通 信 就

8、是 利 用 光 波 作 为 载 波 来 传 送 信 息 ， 而 以 光 纤作 为 传 输 介 质 实 现 信 息 传 输 ， 达 到 通 信 目 的 的 一 种 最 新 通 信技 术 。通 信 的 发 展 过 程 是 以 不 断 提 高 载 波 频 率 来 扩 大 通 信 容 量的 过 程 ， 光 频 作 为 载 频 已 达 通 信 载 波 的 上 限 ， 因 为 光 是 一 种频 率 极 高 的 电 磁 波 ， 因 此 用 光 作 为 载 波 进 行 通 信 容 量 极 大 ， 是 过 去 通 信 方 式 的千 百 倍 ， 具 有 极 大 的 吸 引 力 ， 光 通 信 是 人 们 早 就

9、追 求 的 目 标， 也 是 通 信 发 展 的 必 然 方 向 。光 纤 通 信 与 以 往 的 电 气 通 信 相 比 ， 主 要 区 别 在 于 有 很 多优 点 ： 它 传 输 频 带 宽 、 通 信 容 量 大 ； 传 输 损 耗 低 、 中 继 距 离长 ； 线 径 细 、 重 量 轻 ， 原 料 为 石 英 ， 节 省 金 属 材 料 ， 有 利 于资 源 合 理 使 用 ； 绝 缘 、 抗 电 磁 干 扰 性 能 强 ； 还 具 有 抗 腐 蚀 能力 强 、 抗 辐 射 能 力 强 、 可 绕 性 好 、 无 电 火 花 、 泄 露 小 、 保 密性 强 等 优 点 ， 可 在

10、 特 殊 环 境 或 军 事 上 使 用 。 应 用 领 域 ：光 纤 通 信 的 应 用 领 域 是 很 广 泛 的 ， 主 要 用 于 市 话 中 继 线， 光 纤 通 信 的 优 点 在 这 里 可 以 充 分 发 挥 ， 逐 步 取 代 电 缆 ， 得到 广 泛 应 用 。 还 用 于 长 途 干 线 通 信 过 去 主 要 靠 电 缆 、 微 波 、卫 星 通 信 ， 现 以 逐 步 使 用 光 纤 通 信 并 形 成 了 占 全 球 优 势 的 比特 传 输 方 法 ； 用 于 全 球 通 信 网 、 各 国 的 公 共 电 信 网 （ 如 中 国的 国 家 一 级 干 线 、 各

11、 省 二 级 干 线 和 县 以 下 的 支 线 ） ； 它 还 用于 高 质 量 彩 色 的 电 视 传 输 、 工 业 生 产 现 场 监 视 和 调 度 、 交 通监 视 控 制 指 挥 、 城 镇 有 线 电 视 网 、 共 用 天 线 （ CATV） 系 统 ，用 于 光 纤 局 域 网 和 其 他 如 在 飞 机 内 、 飞 船 内 、 舰 艇 内 、 矿 井下 、 电 力 部 门 、 军 事 及 有 腐 蚀 和 有 辐 射 等 中 使 用 。光 纤 传 输 系 统 主 要 由 ： 光 发 送 机 、 光 接 收 机 、 光 缆 传 输线 路 、 光 中 继 器 和 各 种 无 源

12、 光 器 件 构 成 。 要 实 现 通 信 ， 基 带信 号 还 必 须 经 过 电 端 机 对 信 号 进 行 处 理 后 送 到 光 纤 传 输 系 统完 成 通 信 过 程 。它 适 合 于 光 纤 模 拟 通 信 系 统 中 ， 而 且 也 适 用 于 光 纤 数 字通 信 系 统 和 数 据 通 信 系 统 。 在 光 纤 模 拟 通 信 系 统 中 ， 电 信 号处 理 是 指 对 基 带 信 号 进 行 放 大 、 预 调 制 等 处 理 ， 而 电 信 号 反处 理 则 是 发 端 处 理 的 逆 过 程 ， 即 解 调 、 放 大 等 处 理 。 在 光 纤数 字 通 信

13、系 统 中 ， 电 信 号 处 理 是 指 对 基 带 信 号 进 行 放 大 、 取样 、 量 化 ， 即 脉 冲 编 码 调 制 （ PCM ） 和 线 路 码 型 编 码 处 理 等 ， 而 电 信 号 反 处 理 也 是 发 端 的 逆 过程 。 对 数 据 光 纤 通 信 ， 电 信 号 处 理 主 要 包 括 对 信 号 进 行 放 大， 和 数 字 通 信 系 统 不 同 的 是 它 不 需 要 码 型 变 换 。 发 展 趋 势光 纤 到 家 庭 （ FTTH） 的 发 展FTTH可 向 用 户 提 供 极 丰 富 的 带 宽 ， 所 以 一 直 被 认 为 是 理想 的 接

14、入 方 式 ， 对 于 实 现 信 息 社 会 有 重 要 作 用 ， 还 需 要 大 规模 推 广 和 建 设 。 FTTH所 需 要 的 光 纤 可 能 是 现 有 已 敷 光 纤 的 23倍 。 过 去 由 于 FTTH成 本 高 ， 缺 少 宽 带 视 频 业 务 和 宽 带 内 容 等原 因 ， 使 FTTH还 未 能 提 到 日 程 上 来 ， 只 有 少 量 的 试 验 。 近 来， 由 于 光 电 子 器 件 的 进 步 ， 光 收 发 模 块 和 光 纤 的 价 格 大 大 降低 ； 加 上 宽 带 内 容 有 所 缓 解 ， 都 加 速 了 FTTH的 实 用 化 进 程 。发 达 国 家 对 FTTH的 看 法 不 完 全 相 同 ： 美 国 AT&T认 为 FTTH市 场 较 小 ， 在 0F62003宣 称 ： FTTH在 20-50年 后 才 有 市 场 。 美 国 运 行 商 Verizon和 Sprint比 较 积 极 ， 要在 1012年 内 采 用 FTTH改 造 网 络 。 日 本 NTT发 展 FTTH最 早 ， 现 在 已 经有 近 200万 用 户 。 目 前 中 国 FTTH处 于 试 点 阶 段 。