光纤通信原理分析

光纤通信原理

大家好，这节课由我给大家讲述光纤通信原理，那么，在上课之前，我们先来看看课题的字面意思，光纤通信原理，光纤、通信、原理；光纤，也就是一根根玻璃丝儿；通信，就是信息之间的相互交流与传递，那么光纤通信，说白了，就是以一根玻璃丝儿为媒介来进行信息沟通。好，下面我们来对光纤通信进行具体研究，本节课主要分为三大部分：第一、什么是光纤通信；第二、光纤通信的优点与应用；第三、光纤通信系统的基本组成。

一、什么是光纤通信

在讲光纤通信之前，我们先看看光通信发展的基本历史，在古代的时候，咱们中国人用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息，这些都可以看成是原始形式的光通信，在望远镜发明出来后，又极大地延长了这种目视通信的距离，这些是最原始的光通信。

时间到了19世纪，在1880年的时候，美国人贝尔发明了一种用光波做载波传送话音的“光电话”。最原始的电话，是用电流来作为传递信号的媒介，这种光电话说白了就是在语音通话的时候，抛开电线这个导体，直接用太阳光来作为传递声音的媒介。但是当时没有理想的光源，而且这种光电话的传送距离也很短，所以在当时并没有实际的价值。但是这种光电话仍然是一项伟大的发明，因为它证明了以光波作媒介的可行性。因此可以说贝尔发明的光电话是现代光通信的雏

形。

1960年，美国人梅曼发明了一台红宝石激光器，也就是说，梅曼发明了激光，这个激光的发现是给光通信带来了新的希望，因为激光和普通光相比，它的波谱宽度窄，方向性好，亮度也高，它的特性和无线电波相似，所以说激光是一种理想的载波媒介。激光器的发现，让沉睡了80多年的光通信进入了一个崭新的阶段。

但是，新的问题又来了，在利用光通信的时候不可能就一束光秃秃的激光在跑，得把它放在一个载体里面，那么这个载体是什么呢，一时半会儿还找不到，所以说光通信的发展又走入到了低谷里。

在1966年，英籍华裔学者高琨和霍克哈姆发表了一篇关于传输介质的论文，这篇论文指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，这篇论文算是奠定了光纤通信的基础。光纤，就是石英纤维，也可以说是玻璃丝，如果用未经过加工的石英纤维做传输介质的话，损耗会非常大，达到1000dB\km；但是高琨的这篇论文提出了一个观点，如果把石英纤维里的铜离子和铁离子过滤掉，那么石英纤维的损耗会大大减少。

在1970年的时候，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。在美国的贝尔实验室成功研制出了双异质半导体激光器，由于光线和半导体激光器的进步，因此1970年是光纤发展的一个重要时间。

任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠的实现最大可能的

信息传输容量和传输距离，也就是说，你这种通信系统优劣，主要取决于信息容量的大小和传输距离的远近，传输的容量越多，距离越远，这种通信系统就越好，那我们看看，光纤通信有哪些优点呢。

二、光纤通信的优点和应用

现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体。在我军有线通信的力量中，光纤通信也占了很大比例，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：

频带宽，通信容量大。光纤可利用的带宽约为50000GHz，一对光纤能同时传输24192路电话，而2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义。

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。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。

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。

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。

光纤线径细、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，光缆的重要比电缆轻得多，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。还有，光纤柔软可挠，容易成束，能得到直径小的高密度光缆。

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。

三、光纤通信系统的基本组成

那么，光纤是由怎样的一个系统构成的呢？光纤通信系统，它即可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。单向光纤传输系统，包括发射、传输和接收三大部分组成。

1.发射和接收部分。

发射和接收部分包含信息源信息宿、电发射机和电接收机。假如一个信息传过来了，信息源的作用是把信息转换为原始电信号，这种信号我们把它称作基带信号。然后，将这种基带信号传送到电发射机中，那么，电发射机的作用是什么呢?模数转换！利用编码调制的方式，也就是PCM，将模拟信号转化为数字信号，为什么要进行模数转换呢，这个时候就要给大家阐述一下什么是模拟信号什么是数字信号，模拟信号，说白了就是用波形表现出来，在传输过程中，容易受到干扰而导致失真，而数字信号，就是用高低电平表现出来的，0就是没电，1就是有电，数字信号的抗干扰能力强，在传输过程中不易受到外界的影响，数字信号的传输质量要高于模拟信号，所以电发射机的作用是将模拟信号转化为可以传输的数字信号。之后，在将这种数字信号传送到光发射机，因为在传输的时候是以光纤传输的，所以光发射机的作用是将电信号转化为光载波，之后再通过光