景運(yùn)甫

摘 要：近年來，隨著我國信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息通信、網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍越來越廣。網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，離不開信息傳輸設(shè)備的建設(shè)，光纖作為傳輸光信號(hào)的絕緣介質(zhì)，在傳輸信息上廣泛應(yīng)用，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，加快了光纖傳輸信號(hào)波形技術(shù)的應(yīng)用。本文重點(diǎn)分析研究了使用光纖傳輸信號(hào)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，波形技術(shù)在信號(hào)傳輸過程中的主要應(yīng)用，希望可以為信號(hào)光纖傳輸波形技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：信號(hào)；光纖傳輸；波形技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）16-0048-02

在當(dāng)前的信息化時(shí)代，光纖的應(yīng)用得到很大的了拓展。由于光纖在信號(hào)傳輸過程中表現(xiàn)出來的較大傳輸容量，較強(qiáng)抗干擾性、較強(qiáng)穩(wěn)定性、較強(qiáng)保密性等特征優(yōu)勢(shì)，為現(xiàn)代信息建設(shè)中普遍使用。由此，根據(jù)光纖傳輸信號(hào)的特征研發(fā)出的傳輸信號(hào)波形技術(shù)也得到了大量的應(yīng)用和良好的發(fā)展。隨著使用光纖傳輸信號(hào)波形技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖作為主要的傳輸介質(zhì)越來越發(fā)揮著無可替代的作用。

1 光纖的基本性能

從概念上講，光纖是一種用于傳輸光信號(hào)的絕緣介質(zhì)，與傳統(tǒng)的傳輸介質(zhì)相比較光纖具有體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。光纖信號(hào)傳輸與傳統(tǒng)的電磁信號(hào)傳輸相比，光纖傳輸具有更高的信息容量、更寬的頻帶、更強(qiáng)的抗電磁干擾等性能，光纖傳輸信號(hào)的衰減是傳統(tǒng)電磁傳輸介質(zhì)的1/400。此外，在具體的信號(hào)傳輸過程中，光纖傳輸還表現(xiàn)出傳輸損耗小，通頻帶寬，絕緣不受電磁感應(yīng)干擾，耐高壓300kV等優(yōu)越的性能，因此，在現(xiàn)代的信息通信等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上，信號(hào)傳輸介質(zhì)都選擇了使用光纖傳輸。

2 光纖傳輸信號(hào)的種類

2.1 有源光纖傳輸

光纖在物理試驗(yàn)中只能用于傳輸光信號(hào)，但是在實(shí)際的使用過程中設(shè)備發(fā)出的往往是電信號(hào)，如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)在光纖中的傳輸，需要我們對(duì)傳統(tǒng)的脈沖信號(hào)也就通常所說的電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。用輕便的光纖代替笨重的同軸電纜完成電信號(hào)的傳輸，我們首先要做的是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，傳輸?shù)竭_(dá)目的地后再將光信號(hào)還原為電信號(hào)，為設(shè)備識(shí)別運(yùn)用。在實(shí)際的工作中，我們主要是通過使用光電信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，目前應(yīng)用比較廣的是光端機(jī)來實(shí)現(xiàn)把設(shè)備輸出的電流脈沖由二極管轉(zhuǎn)換成光脈沖信號(hào)，然后再由光纖傳輸?shù)浇邮斩耍ㄟ^接受信號(hào)端的光端機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，設(shè)備就可以正常的識(shí)別和使用了。在實(shí)際的應(yīng)用中，我們通常把采用這種模式傳輸信號(hào)的系統(tǒng)稱為有源光纖傳輸系統(tǒng)[1]。

2.2 無源光纖傳輸

在物理實(shí)驗(yàn)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)有些時(shí)候，在一定的條件下，可以直接產(chǎn)生光信號(hào)。其主要工作原理是，在近區(qū)測(cè)量中，有些輻射轉(zhuǎn)換體（閃爍體和契侖柯夫轉(zhuǎn)換體）可以直接把脈沖輻射轉(zhuǎn)變成適應(yīng)光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)，實(shí)踐中根據(jù)測(cè)量脈沖輻射場(chǎng)，輻射脈沖的時(shí)間特性、輻射面大小的要求選擇、輻射—發(fā)光轉(zhuǎn)換體如閃爍體ST-1703的時(shí)間響應(yīng)及發(fā)光波長(zhǎng)更適于光纖傳輸。契侖柯夫轉(zhuǎn)換體是將光纖作為輻射—發(fā)光轉(zhuǎn)換體，又作為光的傳輸線。當(dāng)輻射與光纖介質(zhì)直接作用產(chǎn)生康普頓電子在光纖中的傳播速度大于光纖介質(zhì)中的速度時(shí)，便在契侖柯夫光發(fā)射角的方向發(fā)出具有連續(xù)光譜的契侖柯夫光。并與光纖直接耦合，將光信號(hào)通過光纖傳輸?shù)浇K端，再配合以記錄光導(dǎo)系統(tǒng)配合從而拼成了又一個(gè)脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)。我們通常把這種模式的傳輸系統(tǒng)稱為無源光纖傳輸系統(tǒng)。

3 光纖傳輸信號(hào)的特性

3.1 衰減特性

光纖傳輸信號(hào)的一個(gè)重要特性就是光的衰減特性。我們都知道光是沿直線傳播的，光是一種能量形式，在傳輸過程中隨著傳輸距離的增加，就必然存在能量的消耗。光纖傳輸信號(hào)的衰減特性用來計(jì)量光在光纖中傳輸達(dá)到一定距離后其傳輸能量的損耗程度，用單長(zhǎng)度的光纖對(duì)光波的吸收損耗來來表示。通常情況下，包括光波在傳輸過程中的本征吸收損耗和非本征吸收損耗兩種情況。本征吸收損耗是由純石英材料自身導(dǎo)致的損耗，非本征吸收損耗是由雜質(zhì)導(dǎo)致的損耗[2]。除此之外，還存在部分散射、輻射損耗；散射、輻射損耗指的是光波在傳輸過程中向包層之外泄漏和朝逆方向反回，造成逆轉(zhuǎn)傳輸而產(chǎn)生的損耗。

大量的實(shí)踐證明，光信號(hào)在光纖中傳輸產(chǎn)生的損耗與波長(zhǎng)有直接的關(guān)系。拿石英光纖的傳輸損耗情況為例：波長(zhǎng)為1.31μm和1.55μm附近具有較低的衰減值；通常情況下1.31μm波長(zhǎng)處衰減值為0.35db/km；1.55μm波長(zhǎng)處衰減值為0.2db/km。值得注意的是一般情況下，多模光纖的損耗要普遍大于單模光纖，我們?cè)谶x擇使用光纖來傳輸信號(hào)時(shí)就有根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度和距離等綜合進(jìn)行測(cè)算，從而確定使用單模光纖還是使用多模光纖。在實(shí)驗(yàn)或者實(shí)際的施工中，鋪設(shè)光纖時(shí)一定不能把光纖彎曲，人為的將光纖彎曲后，光纖會(huì)產(chǎn)生彎曲損耗。彎曲損耗，顧名思義就是產(chǎn)生光信號(hào)損耗的原因是由于光纖彎曲時(shí)內(nèi)外兩側(cè)受到不同的壓力產(chǎn)生壓力差，壓力差導(dǎo)致光纖的折射率發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致光纖中的一部分光波輻射出來，產(chǎn)生彎曲損耗。為了能夠盡量減少人為造成的彎曲損耗，在施工過程中，或者在物理試驗(yàn)時(shí)，如果不得不將光纖彎曲，那么要保證使光纖的折彎半徑大于光纖直徑的100倍，也就是說彎曲的半徑不能小于30cm。

3.2 色散特性

信號(hào)在光纖中傳輸?shù)纳⑻匦?，指的是輸入的光信?hào)由于不同頻率或不同模式的光在光纖中的傳播時(shí)速度不同，導(dǎo)致到達(dá)輸出端的時(shí)間不一致，由此導(dǎo)致輸出波形與輸入波形產(chǎn)生形變導(dǎo)致信號(hào)失真。在使用光纖傳輸信號(hào)的過程中要充分考慮到信號(hào)在光纖中傳輸?shù)纳⑿蕴卣?，根?jù)設(shè)備輸出和接收信號(hào)的情況合理選擇設(shè)備的型號(hào)的光纖的類型，避免出現(xiàn)由于光纖傳輸色散性特征導(dǎo)致的輸出信號(hào)失真，影響整體的傳輸效果。如果傳輸信號(hào)是數(shù)字式脈沖的情況，解調(diào)后信號(hào)的寬度會(huì)擴(kuò)展，在調(diào)制波形是模擬式信號(hào)的情況，則檢波后電平隨著信號(hào)頻率的增加而降低。這種信號(hào)在光纖中傳送到額色散特性通常在多模光纖中色散比較大，而在單模光纖中基本沒有色散。

3.3 信號(hào)傳輸?shù)募嫒菪?/p>

人們?cè)谖锢韺?shí)驗(yàn)研究的過程中，為了研究場(chǎng)輻射條件下，金屬內(nèi)部產(chǎn)生的電磁場(chǎng)度，由于應(yīng)用普通的同軸電纜傳輸容易受到傳輸系統(tǒng)的干擾，還容易受到輻射和電流的影響，因此很難達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。為了能夠有效解決這類問題，我們嘗試使用光纖來信息信號(hào)的傳輸。由于信號(hào)在光纖傳輸中的系統(tǒng)頻帶很寬，幾乎不受電磁場(chǎng)的干擾，與使用同軸電纜傳輸信號(hào)相比較，還具有衰減小、重量輕、體積小等多種優(yōu)勢(shì)，能夠很好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果。

利用光纖傳輸模擬信號(hào)，其主要的技術(shù)操作是在試驗(yàn)中完成單次模擬信號(hào)的傳輸、測(cè)試系統(tǒng)的要求，需要應(yīng)用到較高高的傳輸頻帶及毫微秒光纖傳輸技術(shù)，光/電、電/光轉(zhuǎn)換器件。實(shí)驗(yàn)操作中將一個(gè)瞬變的波形直接調(diào)制LD或LED輸出的光功率隨輸入信號(hào)的強(qiáng)度而變化，完成光電轉(zhuǎn)換。再經(jīng)1000多米的光纖傳輸后由光探測(cè)器（PZN或APD）探測(cè)接收光電轉(zhuǎn)換，電轉(zhuǎn)換后的弱信號(hào)，經(jīng)低噪聲放大到一定幅度，進(jìn)行顯示和測(cè)量、記錄。光纖傳輸系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，光信號(hào)發(fā)射機(jī)、光纖傳輸系統(tǒng)、光信號(hào)接收機(jī)。發(fā)射機(jī)為了保證系統(tǒng)的帶寬和快速響應(yīng)，選用了脈沖響應(yīng)快速激光器LD作為發(fā)射機(jī)的光源，配合較快的調(diào)制脈沖，根據(jù)LD的特點(diǎn)，激光器（LD）不宜承受較大的功率，所以在信號(hào)到來之前，把一個(gè)較寬的脈沖4μs閾值信號(hào)加在調(diào)制器上，使激光器（LD）工作在脈沖狀態(tài)。為保證傳輸信號(hào)在正、負(fù)極性準(zhǔn)確地傳輸，克服溫度漂移帶來的誤差和工作補(bǔ)償，LD的工作點(diǎn)應(yīng)選在線形性的中點(diǎn)。未解決比例測(cè)試信號(hào)的不穩(wěn)定情況，發(fā)射部分還加有溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，考慮到測(cè)試信號(hào)的直觀性，比較傳輸信號(hào)到來的同時(shí)觸發(fā)拾取跟隨器經(jīng)正、負(fù)甄別延遲后產(chǎn)生一固定幅度的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再加到信號(hào)輸入端，并使它落在傳輸信號(hào)的后面。光信號(hào)接收機(jī)由光探測(cè)器和低噪聲寬帶放大器構(gòu)成，經(jīng)光纖傳輸?shù)浇K端的光信號(hào)，由光探測(cè)器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)放大后分兩顯示管記錄，一路用7844示波器記錄被測(cè)信號(hào)和校準(zhǔn)信號(hào)全波形，通過比較直接讀出被測(cè)信號(hào)的幅值，激光器閾值臺(tái)階脈沖是由探頭，經(jīng)同步器而提供，同步器分六路，可以同時(shí)接入發(fā)射機(jī)，臺(tái)階脈沖上的核信號(hào)是隨被測(cè)波形的有無而存在的。在物理試驗(yàn)時(shí)考慮到一旦被測(cè)信號(hào)不來，在臺(tái)階脈沖上也有較準(zhǔn)信號(hào)輸出，改為由同步觸發(fā)（即觸發(fā)），這樣較準(zhǔn)信號(hào)就成為系統(tǒng)自己的考核信號(hào)，成功地采用光纖傳輸圓滿完成了物理試驗(yàn)任務(wù)。

4 使用光纖傳輸信號(hào)波形技術(shù)

從大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐情況看，使用光纖傳輸信號(hào)，光信號(hào)的波形長(zhǎng)短對(duì)傳輸效果有著直接的影響，因此控制信號(hào)的波長(zhǎng)，也就是波形技術(shù)在實(shí)際的信號(hào)傳輸中起到了至關(guān)重要的作業(yè)。從當(dāng)前的測(cè)試數(shù)據(jù)看，波長(zhǎng)為1.31μm和1.55μm附近時(shí)衰減值比較低，因此我們?cè)趹?yīng)用波形技術(shù)時(shí)就可以盡可能的使傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)接近1.31μm和1.55μm，這樣就可以有效的減少信號(hào)的衰減，保證傳輸信號(hào)的質(zhì)量[3]。

4.1 波長(zhǎng)控制技術(shù)

波長(zhǎng)控制技術(shù)的原理就是通過對(duì)輸出信號(hào)的波長(zhǎng)進(jìn)行技術(shù)層面的控制、調(diào)節(jié)，使在光纖中傳播的信號(hào)的波長(zhǎng)接近1.31μm和1.55μm，從而使光信號(hào)在傳輸過程中產(chǎn)生最低程度的衰減，這樣一來就可以有效的保證了在長(zhǎng)距離傳輸?shù)倪^程中，信號(hào)的衰減度很小，確保了傳輸信號(hào)的整體質(zhì)量。隨著信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展進(jìn)步，當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)的控制已經(jīng)比較簡(jiǎn)單，先進(jìn)的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備可以根據(jù)不同的傳輸距離，來選擇轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，可以很好的解決光信號(hào)在傳輸過程中的衰減問題，大大提高了光纖傳輸信號(hào)的質(zhì)量。

4.2 波頻控制技術(shù)

波頻控制技術(shù)的原理是通過對(duì)輸出信號(hào)的波頻進(jìn)行調(diào)控，是傳輸前光信號(hào)最大限度的趨于相同的頻率上，這樣就可以有效的控制色散性，最大限度的保證光信號(hào)在接收端呈現(xiàn)時(shí)不失真。當(dāng)前在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用中，波頻控制技術(shù)的應(yīng)用也比較成熟，主要是通過在輸出端和接收端使用先進(jìn)的光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸光信號(hào)的波頻控制。通過輸出端光電信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)盡可能的轉(zhuǎn)換成為了波頻基本相同的光信號(hào)，在信號(hào)的接收端，光電信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備再將信號(hào)盡可能的還原，最大程度的保持傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性，保證傳輸信號(hào)的質(zhì)量不失真。

5 結(jié)語

隨著波形控制技術(shù)的發(fā)展完善，對(duì)于光信號(hào)的波長(zhǎng)和波頻的控制將變得越來越容易，從而有效的解決了光信號(hào)在傳輸過程中的衰減和失真問題，確保了信號(hào)在光纖中傳播的穩(wěn)定性和保真效果，更好的實(shí)現(xiàn)了人們使用光纖傳輸信號(hào)的技術(shù)要求。波形技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，必將對(duì)未來使用光纖傳輸信號(hào)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展起到很好的推動(dòng)作用。

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