1、 光纤通信概述摘要：光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代通信网中起着举足轻重的作用。因此，理解光纤通信的原理具有重大的意义。本文从光纤通信的一般概述，光纤通信原理以及光纤通信的展望三大部分来讲解光纤通信。使同学们在熟知光纤通信的一般概念与原理后，对光纤通信的未来发展有一定的了解。夯实基础的同时提高创造力。关键词：光纤通信 光纤通信原理 光纤通信展望 1 光纤通信的发展状况1966 年英籍华裔学者高锟（C.K.KA）和霍克哈母（C.K.HOCKHAM）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（OpticalFiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现
2、代光通信光纤通信的基础。1970 年，光纤研制取得了重大突破，同时作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。由于光纤和半导体激光器的技术进步，是 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。1976 年，美国在亚特兰大（ATLANTA）进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场实验，系统采用 GAALAS 激光器作为光源，多模光纤做传输介质，速率为 44.7Mb/s，传输距离约 10km。1976 年美国亚特兰大进行的现场实验，标志着光纤通信从基础发展到了商业应用的阶段。此后，光纤通信技术不断发展：光纤从多模发展到单模，工作波长从 0.85um 发展到 1.31 和 1.55um，传输速率从几
3、十发展到几十。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大：从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视（CATV） ，从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家基础设施的支柱。光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性，单色性等显著特点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光光纤通信。按传输类型分类，光纤通信可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。按光波长和光类别可以分为：短波长多膜光纤通信系统和长波长光纤通信系统。其中长波长光纤通信系统
4、又可以分为：1.31um 的多膜光纤通信系统，1.31um 的单膜光纤通信系统和 1.55um 单膜光纤通信系统。2 光纤通信系统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
5、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，可在特殊环境或军事上使用。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
6、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（如我国的国家一级干线、各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。在发送端首先要把传送的信号（如话音信号或图像信号）变成电信号，然后调制到激光束发出的光信号上。
7、使光信号的强度随着电信号的幅度或频率而发生变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器受到光信号后把他变换成电信号，经解调后恢复原信息。2.1 光发送机功能：把电端机输出的数字基带信号转换为光信号，并用耦合技术有效地注入到光纤中。发射机的基本组成：主要有光源和电路两部分组成。其中光源是电/光转换的关键器件。在很大的程度上决定着发射机的性能。电路部分中的调制部分有直接调制和外调制两种方式。直接光强调制的发射机主要有调制电路、控制电路、线路编码电路和偏置电路。2.2 光接收机光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发
8、送端相同的电信号，输到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素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
9、不同的是它不需要码型变换。3 光端机的作用和目前光端机的状况在光纤通信系统中，光发射机是光端机、光中继器的重要组成部分，它的最基本功能是将要传输的电信号调制在光波上，并将其注入到光纤线路中。光接收机的主要功能是将接收的光信号变换为原电信号，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出，光接收的主要部件是光检测器，它的主要任务是进行光电转换。从光发送端输出经光缆线路传输被衰减的光信号到达接收端已是很微弱的了，为了有效地进行光电转换，系统要求光检测器要响应度高、噪声低，响应速度快，工作稳定可靠。目前的数据光端机已经有一段发展历程了，不在是简单的一路或四路的，也不在是单纯的某一接口了，而已经达到上
10、百路（如 120 路、240 路等） ，各种不同接口（RS-232、RS-485、USB 等）相当成熟的地步了，像武汉波仕电子、北京讯风通信、杭州亿帮通信等公司的主要产品就是光端机，其中波仕电子的 RS-232 单模和多模的光端机还可以做到无须电源。4 数据光端机设计所要达到的目的和功能及意义本设计为多路 RS-232C 接口标准是一种广泛使用的普及标准。它涉及使用的普及标准。它涉及的范围很广，远远超出了通信和计算机的领域。60 年代中期，几乎毫无例外的使用电话交换网实现远程访问，于是 RS-232C 接口进行本地通信，因此使用更加广泛。本设计正是基于 RS-232 串行口通过光纤传输。随着分
11、布计算机的建立，所需通信设备费用逐渐成为用户所关心的主要问题，为了减少这些费用，通过研究大量网络结构，从而确定尽可能采用专用设备。很多网络是地理分布的用户访问公用计算设备，将中心的地区建设成为链接这些用户到计算机的服务中心。尽管当终端业务量较少，使用专用租用线费用不太合理，但若能采用很多终端共用通信设备的结构，一般就能减少对一组用户提供通信的积累费用，而多路复用器的利用就可能用一条高速线路承担原来有一组低俗线路分别传输的业务量，所以当同一地理区域的大量数据终端进行通信时，或者但任意距离的很多租用线并行传输时应考虑使用多路复用器。5 光纤通信特点（1）通信容量大，传输距离远。一根光纤的潜在带宽可
12、达 20THZ。光纤的损耗极低，这比目前任何传输煤质的损耗都要低。（2）信号干扰小，保密性好（3）抗电磁干扰，传输性能佳。电通信不能解决的各种电磁干扰问题只有光通信能够解决。（4）光纤尺寸小，质量轻，便于铺设和运输（5）无辐射，难于窃听。6 光纤通信的未来发展方向我们知道，现在的光纤通信系统就其通信体制而言还处于初级阶段，它的发展潜力还很大。光纤现有窗口可容纳 5000GHZ 的带宽信号。如何充分利用光纤的潜力目前普遍认为有下列几种方法：6.1 提高传输速率传输速率的提高受电子器件和光电子器件的限制, 传输过程中还要受光纤色散的非线性限制。为传输高的码速，光源器件要能承受高频率的调制。此外，光
13、信号在传输过程中还受衰耗作用的限制，所以光源要求强的功率和单频光。为此, 人们制造出量子阱激光器。6.2 激光放大器激光是利用谐振中的激活物质在能级之间的跃迁而释放光子的，而激光放大器在于由接收的光信号来控制泵浦过程，从而控制输出光信号对接收信号的响应，从而达到将原信号放大的目的。在光纤通信系统中，光放大器安装在光缆线路上，起着一种与光中继器类似的接力放大作用，并且具有如下特点：1、激光放大器的信号处理只是一个光信号处理过程，不需要经过光电，电光两次变换。2、适用于所有速率和线路码型的传输系统。3、激光放大器对系统的色散影响很小。6.3 光波分复用在电信系统中，为增加同一线路中的信道数目，可以
14、采用频分复用技术，同样道理，在光纤通信系统中， ，为增加一根光纤中传输的信息量，可以采用波分复用技术，也就是将几路不同波长的光信号，经合路后在一根光纤中传输，在收端经分路后恢复原来的路数。光波复用技术对于扩大传输链路的信息容量是一种很有用的技术，特别在长距离或大容量的传输系统中。采用波分复用技术可以扩大系统容量，从而降低费用。它除具有容量大的优点外还有其他的特点，如：双向传输，各种类型的信号如模拟信号与数字信号同时传输，系统扩展简便等。因此，波分技术正在迅速的发展并应用于系统中。6.4 相干通信目前使用的光通信系统属强度调制，直接检波方式。相干通信同无线通信中的超外差技术一样，利用改变本振光源的波长，可选择接收不同波长的信号。经过调制的光，由光纤传送到接收端，在接受端由发端传送过来的光与本振 LD 发出来的光，经过耦合一起加到光电检测器，进行外差检测，得到中频信号，中频信号经中频放大器放大后再进行解调，就可得到基带信号输出。G0932许闻多
