[物理]1、光纤通信基础知识

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三、光纤通信的缺点
光纤弯曲半径不宜过小； 光纤的切断和连接操作相对复杂； 分路、耦合相对麻烦。
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四、光纤通信的应用
光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。 光纤通信的各种应用可概括如下：
① 通信网，包括全球通信网(如横跨大西洋和 太平洋的海底光缆和跨越欧亚大陆的洲际光缆 干线)、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)、各种 专用通信网(如电力、铁道、国防等部门通信、 指挥、调度、 监控的光缆系统)、特殊通信手 段(如石油、化工、煤矿等部门易燃易爆环境 下使用的光缆， 以及飞机、军舰、潜艇、导 弹和宇宙飞船内部的光缆系统)。
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2、损耗低，中继距离长
目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km， 比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用 非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下 降至10-9 dB/km。由于光纤的损耗低，所以 能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通 信系统最大中继距离可达200多千米，由非石 英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中 继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低 海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特 别的意义。
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3、抗电磁干扰
光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷 电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动 的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高 压设备等工业电器的干扰，还可用它与 高压输电线平行架设或与电力导体复合 构成复合光缆。
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4、无串音干扰，保密性好
光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来， 即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波 也十分微弱，若在光纤或光缆的表面涂上一层 消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数 很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也 无法窃听到光纤中传输的信息。
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四、光纤通信的应用
② 因特网的计算机局域网和广域网，如光纤 以太网、 路由器之间的光纤高速传输链路。 ③ 有线电视网的干线和分配网；工业电视系 统，如工厂、 银行、商场、交通和公安部门 的监控； 自动控制系统的数据传输。
④ 综合业务光纤接入网，分为有源接入网和 无源接入网， 可实现电话、数据、视频(会议 电视、可视电话等)及多媒体业务综合接入核 心网，提供各种各样的社区服务。
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二、光通信发展简史
1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s，传输距离为64 km的突变型多模光纤通信系 统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系 统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干 线，全长3400 km，初期传输速率为400 Mb/s，后 来扩容到1.6 Gb/s。
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光纤通信基础知识
(Fiber Handbook Technology Data)
作 者：吴宝林
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目录
➢ 一、光纤通信的概念 ➢ 二、光纤通信发展简史 ➢ 三、光纤通信的优缺点 ➢ 四、光纤通信的应用 ➢ 五、光纤通信系统的组成
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一、光纤通信的概念
光通信是指以光作为信息载体而实现的通信方 式。按传输介质的不同，可分为大气激光通信和光 纤通信，大气激光通信是利用大气作为传输介质的 激光通信。光纤通信是以光波作为信息载体，以光 导纤维（光纤）作为传输介质的一种通信方式。光 纤通信技术是30年来迅猛发展起来的高新技术，给 世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活 带来了巨大变革。
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1. 光发射机（光端机）
➢ 光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把 光信号最大限度地注入光纤线路。
➢ 光发射机由光源、 驱动器和调制器组成，光源是光发射机的核心。 ➢ 目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极
管(或称激光器)(LD)， 以及谱线宽度很小的动态单纵模分布反馈 (DFB)激光器。有些场合也使用固体激光器，例如大功率的掺钕钇 铝石榴石(Nd: YAG)激光器。 光发射机把电信号转换为光信号的过程(简称为电/光或E/O转换)， 是通过电信号对光的调制实现的。 目前采用直接调制方式，用电信号直接调制半导体激光器或发光 二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。 这种方案 技术简单， 成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特 性所限制。
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电磁波谱
1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm λ波長
10G 100G 1T 10T 100T 10^15 10^16 10^17
f (Hz)
红外线
1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm
紫外线
光通信使用范围
目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤，单模光纤的传输特 性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，因而得到更广泛的应用。
单模光纤配合半导体激光器，适合大容量长距离光纤传输系统， 而小容量短距离系统用多模光纤配合半导体发光二极管更加合适。
由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海 底光缆通信系统于1988年建成，全长6400 km；
第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系 统于1989年建成， 全长13 200 km。 从此，海底光 缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信 网的发展。
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二、光通信发展简史
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二、光通信发展简史
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试验，系统采用 GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率 为44.7 Mb/s，传输距离约10 km。1980 年，美国 标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用， 系统 采用渐变型多模光纤，速率为44.7 Mb/s。随后美 国 很 快 敷 设 了 东 西 干 线 和 南 北 干 线 ， 穿 越 22 个 州 光缆总长达5×104 km。
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1. 光发射机（光端机）
➢ 光端机的图例 GD/MF8HS-IIIC 上盖板图
电源 收无光 失步 误码 2M中断 对告 环回 呼叫 截铃
GD/MF8HS-IIIC 后面板图
.- DC48V + 音频接口
数据接口
2M：入4 入3 入2 入1 2M：出4 出3 出2 出1
光发
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光收
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纤线径细、重量轻、柔软
光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只有单管 同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，8 芯光缆的横截面直径约为10mm，而标准同轴 电缆为47mm。利用光纤这一特点，使传输系 统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节 约地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻， 光缆的重量比电缆轻得多，例如18管同轴电缆 1m的重量为11kg，而同等容量的光缆1m重 只有90g，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫 星上使用光纤通信更具有重要意义。
国内外光纤通信发展的现状
光纤:
多模
单模，
工作波长: 0.85 μm
1.31 μm和1.55 μm，
传输速率: 几十Mb/s
几十Gb/s。
应用范围: 市话局间中继
长途干线
用
户接入网
数字电话
有线电视(CATV)
单一类型信息的传输
多种业务的传输。
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信 系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。
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二、光通信发展简史
1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望，和普通光相比，激光具有波谱宽 度窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和相位较一致的良 好特性。
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二、光通信发展简史
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆 (C.A.Hockham)发表了利用光纤(Optical Fiber)进行信息 传输的可能性和技术途径。
1970 年，光纤研制取得了重大突破。 美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20 dB/km的石英
光纤。 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损
耗降低到2.5dB/km。 1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低
光端机的正面图片
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1. 光发射机（光端机） 光端机的背面图片
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2. 光纤线路
光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失 真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接 器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。 实际工程中使用的是容纳许多根光纤的光缆。 对光纤的基本要求: 损耗和色散小， 机械特性和环境特性好. 例如，在不可避免的应力作用下和环境温度改变时，保持传输特性稳 定。
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6、光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属 材料
光纤的材料主要是石英(二气化硅)，地球上有取之不 尽用之不竭的原材料，而电缆的主要材料是铜，世界 上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约大 量的金属材料，具有合理使用地球资源的重大意义。 光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、 抗核幅射、能源消耗小等优点，其缺点是质地脆、机 械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲 半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的， 它不影响光纤通信的实用。近年来，光纤通信发展很 快，它已深刻地改变了电信网的面貌，成为现代信息 社会最坚实的基础，并向我们展现了无限美好的未来。
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二、光通信发展简史
2000多年前，中国古代开始用“烽火台”报警，这是一种目视光通 信。