河北海通偉業(yè)通信技術(shù)有限公司 鄭立士

光纖通信的傳輸特性及應(yīng)用分析

河北海通偉業(yè)通信技術(shù)有限公司 鄭立士

光纖通信傳輸以其優(yōu)良的傳輸特性，一經(jīng)興起便迅速贏得廣大通信商的青睞，在世界各地均廣泛應(yīng)用。要想更好地利用光線通信為人類造福，就必須深入地了解其傳輸特性和損耗特征。通過(guò)分析光線通信傳輸?shù)膫鬏斕匦?，解析了光纖通信的優(yōu)勢(shì)所在和損耗規(guī)避的方法，并提出了光纖通信傳輸?shù)膽?yīng)用前景。

光纖通信；傳輸特性；損耗

光纖通信是以光波作為信息的載體進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式，在近些年來(lái)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。由于光纖通信具有寬頻帶、大容量、耗損低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，一經(jīng)興起便迅速蔓延開(kāi)來(lái)，在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。作為當(dāng)前最具前景的通信方式之一，光纖通信有著眾多其它傳播方式不具備的特性，使得光纖通信正在成為當(dāng)前信息技術(shù)革新的重要標(biāo)志，并在未來(lái)的信息產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。

1 光纖通信的傳輸特性

光纖通信傳輸?shù)母救蝿?wù)是要完成信號(hào)的快速、可靠地輸出，因此，在應(yīng)用光纖通信傳輸?shù)臅r(shí)候必須對(duì)光纖通信的傳輸特性及影響其傳輸特性的因素進(jìn)行充分認(rèn)識(shí)，以便在生產(chǎn)加工光纖線纜及其設(shè)備的過(guò)程中能夠有意識(shí)地對(duì)其進(jìn)行合理優(yōu)化，以進(jìn)一步改善光纖通信的質(zhì)量。

1.1 光纖通信的損耗特性

1．1．1 吸收損耗

光纖信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)遇到一些具有能夠吸收光波材質(zhì)的材料，這些材料會(huì)吸收光纖通信傳輸過(guò)程中的光波信號(hào)，進(jìn)而引起光波信號(hào)的衰減，形成損耗。同時(shí)，由于光波信號(hào)是一種能量的形式存在和傳輸?shù)?，在其整個(gè)輸出過(guò)程中也會(huì)被消耗或轉(zhuǎn)化掉部分能量，形成的損耗也稱之為吸收損耗。光纖材料與普通的銅線線纜不同，其玻璃材質(zhì)能夠吸收光波并轉(zhuǎn)化光波的能量，也就是說(shuō)光纖材料本身就具有吸收光波信號(hào)的能力，這種材料本身的特性稱之為本征吸收特性，其帶來(lái)的信號(hào)損耗也稱為本征損耗。雖然一定程度上的吸收損耗不可避免，但是光纖材料的信號(hào)吸收也是呈現(xiàn)出一定規(guī)律的，充分認(rèn)識(shí)并利用這一規(guī)律可以在很大程度上降低材料吸收所引起的損耗。光波被材料吸收的波長(zhǎng)范圍集中在紅外區(qū)和紫外區(qū)，而紫外區(qū)0.1mm范圍之內(nèi)的光波通常更容易被吸附，在1mm～1.6mm之外的區(qū)域，光波的損耗明顯減少，也就是說(shuō)有光波吸收最弱的區(qū)域存在。

此外，影響光纖傳輸本征損耗的還包括光纖自身存在的雜質(zhì)，包括金屬屑、水汽等，這些雜質(zhì)比玻璃材質(zhì)的吸收性更強(qiáng)，在光纖傳輸?shù)倪^(guò)程中嚴(yán)重影響著光纖信號(hào)的傳輸效果。例如，金屬碎屑具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，容易電離水汽中的氫氧根離子，光波信號(hào)在受到帶電的氫氧根粒子時(shí)最容易被吸收，進(jìn)而引起傳輸信號(hào)的損耗。因此，在光纖纜線的制造過(guò)程中，應(yīng)竭力避免出現(xiàn)金屬雜質(zhì)和水分殘留，但是這在光纖線纜和設(shè)備的制造加工過(guò)程中一直是技術(shù)難點(diǎn)。

1．1．2 散射損耗

光纖中的傳輸信號(hào)是光波，折射和散射是光的特性，在遇到一些不均勻的材料質(zhì)地或受到微粒的干擾，光信號(hào)就會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，進(jìn)而引起光波信號(hào)的衰弱，形成損耗，稱之為散射損耗。散射是由于光的特性所引起的，也是一種被人們所熟知的物理現(xiàn)象。在光纖線纜中的散射主要是由于光纖材料的不均勻所致，要想進(jìn)一步降低光波信號(hào)的散射損耗，只能通過(guò)提高光纖材料的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1．1．3 結(jié)構(gòu)不均勻散射損耗

除了前面所介紹的散射損耗外，還存在著一些別的形式的散射損耗，其中以結(jié)構(gòu)不均勻所導(dǎo)致的信號(hào)損耗最為常見(jiàn)。光纖線纜本身也是由一些特質(zhì)材料所組成，假使光纖的傳輸芯子與其包層的間距設(shè)置不合理，或者存在著嚴(yán)重的不平整現(xiàn)象，就會(huì)使得光纖在傳輸?shù)倪^(guò)程中持續(xù)發(fā)生折射和散射，形成大量的光波損耗。光波信號(hào)在線纜中縱向傳輸，由于光纖結(jié)構(gòu)的缺陷導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在傳輸線路中不斷變化，會(huì)使得光波信號(hào)不斷地衰減，嚴(yán)重影響著光纖的傳輸效果。實(shí)際上，這種結(jié)構(gòu)本身的缺陷是能夠利用制造技術(shù)和施工工藝進(jìn)行彌補(bǔ)和改善的。隨著光纖通信傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)不均勻散射損耗已經(jīng)能夠被控制在很小的范圍內(nèi)。

1．1．4 彎曲損耗

光纖線纜作為光波信號(hào)的傳輸載體，承載著運(yùn)輸光纖信號(hào)的主要職責(zé)。在光纖線纜的敷設(shè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的彎曲，引起廣信芯子的彎曲，使得光波傳輸過(guò)程中出現(xiàn)不必要的反射，形成損耗，這種意義上的損耗實(shí)際上可以稱作是輻射損耗。當(dāng)光纖玻璃的彎曲超過(guò)信號(hào)傳輸所需求的條件時(shí)，位于光纖線纜彎曲時(shí)兩側(cè)的光纖線纜會(huì)對(duì)光波信號(hào)產(chǎn)生一定程度上的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)光纖信號(hào)的衰減。因此，線纜彎曲會(huì)對(duì)光纖信號(hào)傳輸造成一定的損耗，稱之為彎曲損耗。但從根本上來(lái)看，彎曲損耗并不是由于物理作用而導(dǎo)致的。彎曲損耗作為光纖信號(hào)傳輸?shù)囊环N干擾，是能夠通過(guò)改進(jìn)施工工藝加以避免的。從理論上來(lái)說(shuō)，只要光纖線纜彎曲半徑足夠大，其產(chǎn)生的彎曲損耗就能夠忽略不計(jì)。因此，在線纜的施工過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注線纜的彎曲度都控制在反射干擾范圍以外。

1.2 光纖的色散特性

光纖的色散是指光纖所傳輸信號(hào)的不同模式或不同頻率成分，由于其傳輸速度的不同，從而引起傳輸信號(hào)發(fā)生畸變的一種物理現(xiàn)象。換句話說(shuō)，光纖的色散特性是指光波信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于信號(hào)的模式、頻率等不同，在傳輸過(guò)程中的速度也會(huì)有所差異，其信號(hào)到達(dá)終端的時(shí)間存在差別，有的頻率的信號(hào)速度快，先到達(dá)，速度慢的后到達(dá)，形成了一定的延時(shí)，這種延時(shí)差別可以稱作是光纖的色散。光纖傳輸距離越長(zhǎng)，這種信號(hào)延遲的現(xiàn)象越明顯，表現(xiàn)出來(lái)就是信號(hào)顏色上的差異。當(dāng)光纖信號(hào)的色散現(xiàn)象過(guò)于明顯時(shí)，就會(huì)影響信號(hào)傳輸?shù)男Ч?。通常情況下，光纖通信系統(tǒng)均使用了數(shù)字通信方式，這種方式下發(fā)出的數(shù)字脈沖信號(hào)在傳輸一段距離后，其信號(hào)內(nèi)的各頻率成分逐漸散開(kāi)，整個(gè)光脈沖信號(hào)被分散成多股，并且各股間會(huì)形成干擾，甚至彼此重疊在一起，使得原始信號(hào)產(chǎn)生了變化，在解碼過(guò)程中誤碼率上升，導(dǎo)致通信信號(hào)傳輸效果嚴(yán)重受損。為了解決這種光波信號(hào)的色散所造成的信號(hào)質(zhì)量下降，應(yīng)當(dāng)對(duì)信號(hào)傳輸脈沖間的碼間距離加大，減少單位時(shí)間的脈沖數(shù)量，降低單位時(shí)間內(nèi)的通信容量。同時(shí)，尋找優(yōu)質(zhì)的、色散小的光纖，也是未來(lái)光纖傳輸設(shè)備發(fā)展的主要方向之一。

2 光纖通信傳輸?shù)膽?yīng)用分析

信息技術(shù)的飛速發(fā)展給廣大用戶提供了巨大的便利，尤其是光纖通信技術(shù)的發(fā)展，提高了信息傳輸?shù)乃俣取９饫w通信的優(yōu)良特性使得其在商業(yè)、工業(yè)及軍事領(lǐng)域大量應(yīng)用。雖然光纖通信傳輸技術(shù)尚處于初級(jí)發(fā)展階段，但相信隨著光纖通信的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越突出，未來(lái)的通信傳輸方式中光纖必將占據(jù)強(qiáng)有力的地位。

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[2]張涵．光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)的分析與探討[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(01)．

[3]何益豐．光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J]．機(jī)電信息,2011(06)．