袁峭林

【摘要】隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了強大的經(jīng)濟基礎(chǔ)，尤其是在通信技術(shù)方面的發(fā)展，目前我國速度最快的通信技術(shù)就是光纖通信技術(shù)，它的工作原理就是利用光波作為載波的媒介，光纖作為傳輸?shù)拿劫|(zhì)，準確的將要傳送的信息安全送達目的地的一種現(xiàn)代通信方式，基于此光纖通信技術(shù)被廣泛的稱作“有線”光通信。在當(dāng)今社會中，光纖技術(shù)相比其他通信技術(shù)，比如電纜、微波通信的傳輸技術(shù)，在傳輸頻帶寬、抗干擾性和信號等方面都有著自己的優(yōu)勢，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)通信傳輸方式中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，就當(dāng)前我國的光纖通信技術(shù)而言，它的潛在能力并沒有全部被開發(fā)出來，在實際運用當(dāng)中的技術(shù)還只是光纖通信技術(shù)本身的百分之二左右，剩下的巨大潛力還在等待人們?nèi)ラ_發(fā)利用。因此，為了更好的開發(fā)利用光纖通信技術(shù)，本文就光纖通信技術(shù)中光纖的特性進行分析，并對其應(yīng)用進行簡要的探析。

【關(guān)鍵詞】光纖通信；光纖特性；分析

光纖通信技術(shù)自1970年在我國開始用于通信傳輸，發(fā)展到現(xiàn)在只有短短的三十年時間，但是卻已經(jīng)取得了極其驚人的發(fā)展。由于光纖通信較之其他通信方式具有通信容量大、中繼距離長、保密性好且適應(yīng)能力強等優(yōu)點，且是選用帶寬極寬的光波作為傳送信息的載體，為光纖通信技術(shù)在我國的推廣和使用提供了必要的前提條件。為了能夠更好的認識光纖通信技術(shù)，讓光纖通信技術(shù)向著更高水平的、更高階段的方向發(fā)展，我們可以從光纖的幾個特性開始入手。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)光纖的特性主要體現(xiàn)在三個方面，分別是在幾何方面的特性、光學(xué)方面的特性與傳輸方面的特性，這三方面特性中又有著極具代表性的特性，分別是非線性特性、色散以及衰耗系數(shù)。

一、光纖通信技術(shù)

第一，光纖通信技術(shù)的概述。從光纖通信的組成結(jié)構(gòu)上來看，主要是由光纖、光源和光檢測器這三種通信的基本物質(zhì)要素構(gòu)成的，由于是以一種光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信，所以又可以稱之為光導(dǎo)纖維通信。其中光纖又是包含了內(nèi)芯和包層兩個主要部分。內(nèi)芯一般為幾十微米直至幾微米，所占用的體積非常小，而外面層主要是起保護光纖的作用，因為光纖通信系統(tǒng)所使用的光纜不同于普通的使用單根的光纖的光纜，它使用的是由許多光纖聚集在一起的組成的一組光纜，很有效的杜絕了信息在傳播過程中出現(xiàn)信息泄露的現(xiàn)象。其中在實際應(yīng)用中，不僅根據(jù)光纖自身的制造工藝進行分類，還可以按照光纖的組成材料和光學(xué)特性進行分類?？傊饫w通信技術(shù)在我國的發(fā)展正在不斷的完善過程中。

第二，光纖通信技術(shù)的特點：首先是擁有相比于銅線或電纜的極寬頻帶和超大容量的通信存儲空間，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，我們已經(jīng)能夠使用密集波分復(fù)用技術(shù)最大化地增添了了光纖的傳輸容量，解決因終端設(shè)備的電子瓶頸效導(dǎo)致光纖自身的巨大優(yōu)勢未被使用的問題，尤其是對于單波長光纖通信系統(tǒng)。然后是合適的長中繼距離，傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都要低出很多，而且如果將來能夠采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖，將讓光纖通信技術(shù)的低損耗更上一層樓。再然后是抗電磁干擾能力強，因為光纖原材料是由石英材料制成的絕緣體材料，可以讓光波導(dǎo)對電磁干擾具有強大的免疫力，還不容易被腐蝕損耗。最后是在光纖中的傳輸過程中光信號可以被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，可以保證光纜外面竊聽不到光纖中傳輸?shù)男畔ⅲ⒈苊獬霈F(xiàn)串音干擾的狀況。

二、光纖通信中的光纖特性

第一，衰耗系數(shù)。衰耗系數(shù)也就是每公里光纖對光信號功率的衰減值，這是區(qū)分多模光纖和單模光纖在傳輸過程中對特性研究的重要參數(shù)之一，對光纖的中繼距離在很大程度上有直接的影響。由于它的重要地位，我們必須對其做出深入的研究，找到使光纖產(chǎn)生衰耗的原因，延長光纖的使用壽命。其中引起光纖產(chǎn)生衰耗的主要因素有：其一是吸收型的光纖衰耗，其主體是雜質(zhì)，因為光纖的制作材料在制作過程中的純度沒有完全達到限定范圍，這些雜質(zhì)對光的吸收能力十分強大，造成雜質(zhì)在光纖通信過程中容易對光信號的功率進行大量消耗，吸收型的衰耗也是導(dǎo)致光信號快速衰減最主要的原因。其二是散射型的衰耗，主要包括線性散射、非線性散射和結(jié)構(gòu)不完整散射，在光纖通信傳輸過程中會嚴重影響光纖的使用效果。其三是其它類型的衰耗，主要包括微彎曲衰耗，這種類型的衰耗在光纖通信傳輸過程中起到作用是相對較小的。三種重要類型的衰耗方式中最容易引起且產(chǎn)生的影響較大的是第一種吸收型的光纖衰耗，因此為了在以后能夠減少這種原因引起的光纖消耗，必須對制造光纖用的原材料二氧化硅進行十分嚴格的化學(xué)提純操作，讓造成散射損耗的光纖材料密度發(fā)生變化，以獲得高純度低衰耗的光纖，保證材料中的雜質(zhì)含量始終保持在可控范圍之內(nèi)，降低雜質(zhì)吸收的機率?；蛘咴谥圃旃饫w的過程中，在纖芯和包層交界面上殘留一些氣泡和氣痕，這樣可以通過引起與波長無關(guān)的散射損耗讓整個光纖損耗譜曲線上移來減小散射的損耗。

第二，色散。經(jīng)過多年對光纖的研究發(fā)展，色散是光纖的一個重要特性，對于色散有它的定義，我們都知道在在多模光纖傳輸過程中的多模光在這個過程中存在著許多種傳輸模式，但是每一種傳輸模式都有各自對應(yīng)的不同的傳播速度和相位，所以就算在輸入端同時輸入光脈沖信號，也會因為光脈沖的前端和后端在光纖中傳輸?shù)木嚯x不一致，造成最終通信信息到達接收端時的時間都是不一樣的，這種產(chǎn)生了脈沖展寬的現(xiàn)象就叫做色散。它是引起光纖帶寬變窄的主要原因，而光纖帶寬的變化對光纖的傳輸容量產(chǎn)生直接的影響，同時通過光纖鏈路的現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn) 光纖帶寬變窄不僅對光纖的傳輸容量能起到限制的作用，同時還會對光信號的傳輸距離產(chǎn)生直接的影響。為了進一步了解光纖的色散特性，我們通過研究發(fā)現(xiàn)光纖的色散根據(jù)形式的不一樣可以分為三種類型。一是模式色散，這種類型的色散主要是針對多模光纖起作用，因為它的光纖通信傳輸方式多種多樣，而對于單模光纖這種只有一個模式傳播的光纖傳輸技術(shù)，則不存在模式色散的問題。二是材料色散，顧名思義，材料色散主要是指制作光纖的主要材料二氧化硅本身所產(chǎn)生的色散，這種色散雖然是不可避免的，但是產(chǎn)生的影響較小，在光纖的色散特性中不占主導(dǎo)地位。三是波導(dǎo)色散，它是是指由光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所引起的色散，這種形式的色散對于多模光纖來說影響甚小。總而言之，就是色散大都是對多模光纖產(chǎn)生影響，主要形式是模式色散。對于光纖的色散特性需要注意的是對于單模光纖傳輸這種只是一個單模的傳輸方式，是不存在模式色散，模式色散為零，所以在單模光纖傳輸過程中考主要考慮的就是是材料色散和波導(dǎo)色散對其造成的影響。

第三，光纖傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)。與光纖的衰耗和色散特性呈線性變化所形成的現(xiàn)行效應(yīng)不同，光線的帶寬系數(shù)與光纖長度都是呈非線性變化的，稱之為非線性效應(yīng)。以此為依據(jù)光纖中的非線性效應(yīng)可以分為兩種類型。

首先是散射效應(yīng)，即受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射SRS，眾所周知，時間的任何物質(zhì)從本質(zhì)上來說都是是由分子、原子等基本組成單元組成的，這些基本組成單元在常溫條件下一直處于不斷地作自發(fā)熱運動和振動中，因此，作為散射效應(yīng)的重要組成部分，受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射SRS在產(chǎn)生原理上是完全不一樣的。前者受激布里淵散射SBS纖中泵浦光與聲子間相互作用的結(jié)果，在使用光源的強度調(diào)制系統(tǒng)過程中，必須保證信號光功率在受激布里淵散射SBS的控制范圍，否則將出現(xiàn)后向散射功率也會出現(xiàn)急劇的增加的現(xiàn)象，發(fā)生受激拉曼散射SRS狀況。而后者受激拉曼散射SRS的產(chǎn)生原理是是光與硅原子振動模式間相互作用有關(guān)的寬帶效應(yīng)，不管在什么樣的情況下，在這個過程中懂得短波長信號都會有所衰減，而長波長信號卻會增強。由于受激拉曼散射SRS激發(fā)的是光頻支聲子，且門限值較大，在單信道和多信道系統(tǒng)中，一般情況下不容易發(fā)生。但是如果在傳輸過程中隨著傳輸距離的增長和復(fù)用波數(shù)的不斷增加，會造成光信號功率不斷接近受激拉曼散射SRS的門限值，增加SRS發(fā)生的幾率。

其次是與克爾效應(yīng)相關(guān)的影響，即與折射率密切相關(guān)，主要包括自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM、四波混頻效應(yīng)FWM。自相位調(diào)制是因光纖中激光強度的變化所導(dǎo)致光纖折射率發(fā)生變化，從而引起光信號自身的相位調(diào)整的一種效應(yīng)，也就是說光纖中的克爾效應(yīng)是一種折射率的非線性效應(yīng)。交叉相位調(diào)制XPM是指在多波長系統(tǒng)中，一個信道的相位變化不僅與本信道的光強有關(guān)，也與其它相鄰信道的光強有關(guān)，它的出現(xiàn)通常是由于相鄰信道間的相互作用導(dǎo)致相位相互調(diào)制。四波混頻FWM還可以叫做四聲子混合，它是是光纖介質(zhì)三階極化實部作用產(chǎn)生的一種光波間耦合效應(yīng)，所產(chǎn)生的影響遠遠大于其他的效應(yīng)。

結(jié)語

光纖通信技術(shù)是我國現(xiàn)階段發(fā)展過程中的一項重要技術(shù)，對我國的發(fā)展起到重要推動作用，而光纖是其中的重要組成部分，為了能夠進一步了解相關(guān)技術(shù)，發(fā)揮其應(yīng)有的作用，需要對其有所了解，尤其是在它的特性方面，因此，在未來的發(fā)展道路上，還需要不斷努力去探索。

參考文獻

[1]毛謙.我國光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和前景[J].電信科學(xué)，2006（08）

[2]張文垚.光纖特性對現(xiàn)代光通信系統(tǒng)性能影響的研究[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2004（03）

[3]邱小波.淺析在生產(chǎn)中對光纖性能參數(shù)的控制[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù). 2006（01）

[4]王德榮.進一步提高光纖質(zhì)量的幾個技術(shù)問題[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù). 2005（04）

[5]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，2011（01）

[6]王曉琰，李曙光，劉碩，張磊，尹國冰，馮榮普.中紅外高雙折射高非線性寬帶正常色散As2S3光子晶體光纖[J].物理學(xué)報，2011（06）