光纤通信技术概述解析

3.3 光纤通信技术

一、光纤通信系统概述及基本结构

光纤通信系统是以光纤为传输媒介, 光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成, 其基本结构原理如图所示。

系统中还包含了一些互联和光信号处理部件, 如光纤连接器、隔离器、光开关等。图中电端机和光端机均包括发送和接收两部分, 两者合起来构成发送器和接收器。其中发送光端机是将电信号变换成光信号,接收光端机则是将光信号转换成电信号。

1、发送器

发送器由发送光端机和电端机构成, 其核心是一个光源。光源的主要功能就是将一个信息信号从电子格式转换为光格式。今天的光纤通信系统采用发光二极管或激光二极管作为光源。两者都是小型的半导体

设备, 可以有效地将电信号转换为光信号。LD 输出的光功率较大, 谱线窄, 一般适合长距离、大容量的通信系统, 但其寿命较短, 价格高; LED 光源发出的光功率较小, 光谱线较宽, 调制速率较低, 输出线性好, 寿命长, 成本低, 适用于短距离和中小容量的系统。它们需要与电源相连并且需要调制电路。

2、光纤

光纤通信系统中的传输介质是光纤。光纤通信系统中发送器端的光信息信号就是通过光纤传送到接收器端的。实际上, 同任何其他通信链路一样, 光纤提供发送器和接收器间的连接。同时, 光纤对光信号进行传导, 就像铜线和同轴线传导电信号一样。它大概和人的头发的粗细相同, 为了保护非常脆弱的光纤, 使其不受恶劣的外部环境和机械的损害, 通常将光纤封装在特定的结构中。裸露的光纤包上保护膜后封装到其他几层中, 所有这些就构成了光纤光缆。

3、接收器

接收器由接收光端机和电端机构成。接收光端机的主要部分包括光检测器、放大器、均衡器、判决器、自动增益控制电路和时钟电路。其中光检测器是接收光端机的核心, 光检测器的主要功能就是把光信息信号转换回电信号( 光电流) 。光纤通信系统中的光检测器主要有PIN 二极管、雪崩光电二极管( APD) 。APD 比PIN 更灵敏, 而且对外部放大功能要求更低。A PD 的缺点是具有相对较长的渡越时间以及由于雪崩放大造成的附加内部噪声。

4、光中继器

光脉冲信号从光发射机输出, 经光纤传输一定的距离后, 由于光纤的损耗和色散的影响使其幅度受到衰减, 波形发生畸变, 从而限制了其长距离传输。为此, 需要加一个光中继器来放大衰减了的信号和重新恢复畸变了的信号, 使光脉冲得到再生。

二、光纤通信的主要特性

1、光纤通信的优点

1) 光纤的容量大：目前商用系统单信道速率可达10Gbit/ s(相当于一对光纤上同时传送12万多路电话) , 多信道总容量可达1. 6Tbit/ s(相当于1920 多万路电话) 现在使用的带宽大概只有光纤带宽的1% 。

2) 损耗低、中继距离长：实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤, 此类光纤在1. 55μm 波长区的损耗可低到0. 16dB/ km, 比已知的其他通信线路的损耗都低得多。在任何情况下光纤通信系统均可以不设中继系统, 这对于降低海底通信的成本、提高可靠性及稳定性具有特别重要的意义。

3) 抗电磁干扰能力强：光导纤维是石英玻璃丝, 是一种非导电的介质, 交变电磁波在其中不会产生感生电动势, 即不会产生与信号无关的噪声。

4) 保密性能好：光纤中传送的光波被限制在光纤的纤芯和包层附近传送, 很少会跑到光纤之外。成缆以后光纤的外面包有金属做的防潮层和橡胶材料的护套, 泄漏到光缆外的光几乎没有。

5) 体积小、重量轻：目前常用的光纤的纤芯直径只有几个微米,

加上包层以后, 光纤的直径是125μm 。

6) 节省有色金属和原材料：光纤的主要成分是二氧化硅( SiO2 ) , 因此使用光纤可以节约大量的有色金属。

2. 光纤通信的缺点

1) 抗拉强度低

2) 光纤连接困难

3) 光纤怕水