浅谈光纤通信及光中继器
朱晓君湖南大学物理与微电子科学学院
电子科学与技术08级电科一班 20081120126
摘要: 研究光纤通信系统的基本原理及发展现状,分析光纤系统的传输特性、针对各种传输特性的解决方法。光中继器原理及其未来发展趋势。
关键词:光纤通信基本原理传输特性解决方法光中继器
1966年7月,英籍华人高锟博士在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤包面波导》。科学的预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性,即加强原材料提纯,加入适当的掺杂剂,可把光纤的衰减系数从当时的1000dB/km减低到20dB/km以下,以实现通信。光纤通信发展很快,经历了五个阶段,得到巨大的发展。现在世界上许多国家都将光纤通信系统技术引入了公用电信网、中继网和接入网中,光纤通信的应用越来越广泛。(注:现在,人们生活中的主流是电子产品。但或许,到了半个世纪,一个世纪以后,光子产品将主宰未来的世界)
在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆的损耗低得多,因此相对于电缆和微波通讯,光纤通信具有许多独特的特点:频带宽、通信容量
大;损耗低、中继距离长;保密性能好;抗电磁干扰;体积小、质量小、便于施工和维护。(正是由于光纤所具有这些特点,而电子通信中却远不及,所以光纤通讯取代电子通讯将更具可能性,更具理论的说明性)
光纤通信系统由电端机、光发送机、光纤光缆、光中继器与光接收机5部分组成,如下图。电端机:电端机的作用是对来自源的信号进行处理,如模/数变换、多路复用处理,是一般的电通信设备。光发送机:光发送机的功能是把输入电信号转换成光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光纤光缆:光纤光缆作为线路,其功能的把来自光发送机的光信号以尽可能小的失真和衰减输到光接收机,其性能主要由缆内光纤的传输特性决定。(此处的传输特性主要由损耗的色散,要求它们越小越好,同时还要保持机械和环境的稳定性,以确保输出特性的稳定)光中继器:将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、整形、再生成一定强度的光信号,继续送向前方保证良好的通信质量。光接收机:其功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换成电信号,并经过放大和处理后恢复成发射前的电信号。(注:可以简单的认为电端机将为用户产生电信号;光发送机将电信号转化为光信号;光信号在光纤中传播;光中继器将光信号放大;光接收机将光信号转化为电信号)
用户信号
电端机
光发送机
光接收机
电端机
光中继器
用户信号
光纤电缆
光纤电缆
光纤的传输特性主要包括光纤的损耗特性、色散特性和非线性效应。
损耗是指光信号通过光缆传播时,其功能随传播距离的增加而减少的物理现象。光纤损耗主要有三种:吸收损耗、散射损耗、辐射损耗。吸收损耗就是指组成光纤材料及其中的杂质对光的吸收作用而产生的损耗,又分为本征吸收损耗和非本征吸收损耗,前者对于石英引起的损耗,后者对应于杂质引起的损耗。散射损耗是指光信号在光纤中遇到微小粒子或不均匀结构时发生的散射造成的损耗。辐射损耗是指当理想的圆柱形光纤受到某种外力作用下,会产生一定曲率半径的弯曲,引起能量泄露到包层,这种能量泄露导致的损耗。为了更好的实现光纤通信,就应当尽可能地减少损耗。有以下几种方法:一、选择合适材料,如
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