光纤传输特点及原理

    一、光通信背景

    当今世界，光纤通信已成为通信的主要手段。

    光纤传输系统具有以下显著优点：容量大、传输距离远。光纤理论带宽可达20000GHz，无中继传输距离可达50-80公里。由玻璃制成，抗电磁干扰、传输质量好，可用于电力网和变电所内等强电磁环境中。光纤重量轻，可以弯曲，易于铺设。可节约贵重金属，且抗腐蚀能力很强。制作光纤的原料丰富，随着工艺的进步、规模的扩大，其成本进一步下降，整个传输系统的成本也低。
    二、 光纤传输系统简介
    光纤传输即是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式，因其拥有传输频带宽、信号损耗低、抗干扰能力强、重量轻等优点。光纤通信在近二十年来得到了飞速的发展。
    1、光纤的结构
    光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
    2、光纤的分类
    1） 按传输模式来划分：
    单模光纤（Single-mode）
    单模光纤只传输主模，由于完全避免了模式色散，使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量、长距离的传输系统。
    多模光纤（Multi-mode） 
    多模光纤有多个模式在光纤中传输，由于色散和相差，其传输性能较差、频带较窄、容量小、距离也较短。
    2) 按折射率分布来划分：
   多模光纤可分为：阶跃型（突变型）和梯度型（渐变型、自聚焦型）。
   单模光纤则为阶跃型。
    3、常用光纤规格
    单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm
    多模：50/125μm 欧洲标准；62.5/125μm 美国标准
    工业，医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm
    塑料：98/1000μm 用于汽车控制。
    4、光纤的衰减
    造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
    本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
    弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
    挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
    杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
    不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
    对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
    5、光纤传输系统原理
    光传输系统由三部分组成：光源（光发送机），传输介质、检测器（光接收机）。
    按传输信号划分，可分为数字传输系统和模拟传输系统。
    在模拟传输系统中，是把输入信号变为传输信号的振幅（频率或相位）的连续变化。光纤的模拟传输系统是把光强进行模拟调制，其光源的调制功率随调制信号的幅度变化而变化。但由于光源的非线性较严重，因此其信噪比、传输距离和传输频率都十分有限。
    数字传输系统是把输入的信号变换成“1”，“0”表示的脉冲信号，并以它作为传输信号。在接收端再把它还原成原来的信息。这样光源的非线性对数字码流影响很小，再加上数字通信可以采用一些编码纠错的方法，且易于实现多路复用，因此数字传输系统占有很大的优势，并在很多地方得到了广泛的应用。 
   三、数字视频光传输简介
    目前在高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等光端机开始普遍大量应用。初期主要以模拟调频、调幅、调相的模拟光端机为主，但数字代替模拟是光纤通信技术的发展趋势。由于数字光端机具有传输信号质量高，没有模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时的交调干扰严重、容易受环境影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差的缺点，因此许多大型重点工程已普遍采用数字光端机。