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光纤及光缆线路 贵州省邮电科研规划设计院 二○○六年八月 张弘 6500656 一、光纤通信 1. 光纤通信的定义光纤通信（optical?fiber?communication）是以激光为光源，将各种电信号对光波进行调制后，以光导纤维为传输介质进行的通信。具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点，是构成信息高速公路骨干网的主要通信方式。 2. 光纤通信的起源 1966年，英籍华人高锟最先提出用玻璃纤维进行远距离激光通信的设想。1973年，美国康宁公司制成每千米传输损耗只有20分贝的光纤。同年，美国贝尔实验室研制出能在常温下连续工作的半导体激光器。这两项技术突破为光纤通信的实现铺平了道路。1976年，美国在芝加哥两个相距7千米的电话局间首次进行了光纤通信试验，实现了一根光纤能够同时容纳8000对人通话。 3. 光纤通信与传统有线电通信的区别 光纤通信不同于有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。虽然光和电都是电磁波，但频率范围相差很大。一般通信电缆最高传输频率约9-24兆赫(10 Hz)，光纤工作频率在10 -10 Hz之间。 4. 光纤通信的主要特点 4.1. 容量大，光纤的工作频率与电缆相比高出8-9个数量级。 4.2. 衰减小，中继段距离长（100-150Km）。 4.3. 光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。 4.4. 无辐射、泄漏小，难于窃听，防干扰性能好。光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，必威体育官网网址性好。 4.5. 材料来源丰富、环保，节约有色金属。传统的通信电缆要耗用大量的铜、铝等，光纤通信的发展将节约大量有色金属。 4.6. 成本低。目前市场上各种电缆金属材料价格不断上涨，而光纤价格则越来越低，这为光纤通信得到迅速发展创造了重要的前提条件。 4.7. 光缆适应性强，寿命长。 二、光纤及光缆 1. 光纤的结构及传输原理构成光纤的材料是石英纤维（SiO2）;光纤由内芯和包层组成，芯的折射率略大于包层，利用光在内芯的折射或在芯与包层界面上的全反射实现光的传播。 2. 光纤的传输特性 2.1. 衰耗（Attenuation） 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加光功率将逐渐下降。 衰耗的成因和种类 2.1.1. 吸收损耗 是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质（如HO）引起的吸收产生的。 2.1.2. 散射损耗 主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。 2.1.3. 波导结构损耗 纤芯与包层交界面并非理想光滑的圆柱面而使光能泄漏到纤芯外造成的损耗。 瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。 2.1.4. 其它附加损耗 如：微弯损耗、弯曲损耗、接续损耗等。 光纤的损耗影响了系统的传输距离，目前的技术已经基本上达到了光纤衰减的理论极限，而光纤放大器的出现解决了衰减对光传输系统的限制。 2.2. 色散（Dispersion） 由于不同的波长具有不同的速度，光脉冲经光纤传输达出射端时光脉冲会发生时间展宽。 色散的成因和种类 2.2.1. 模式色散 多模光纤中由于各种传输模式的传输路径不同，达出射端的时间也不同，从而发展的光脉冲展宽。 2.2.2. 材料色散 由于光纤材料的折射率随光波长而变化，使得信号各频率成分的群速不同而引起的脉冲展宽(V=C/n)。 2.2.3. 波导色散 由于波导结构不完整, 可能引起一少部分频率高或波长短的光线进入包层。由于包层的折射率低于芯部的折射率,于是包层中光脉冲的传输速度要大于芯部中光脉冲的传播速度，而使光脉冲被展宽形成色散，也称为结构色散。 2.3. 偏振模色散（PMD） 实际光纤不可避免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏振模色散或双折射色散。 Polarization Mode Dispersion 偏振模色散本质上是模式色散，由于模式耦合是随机的， 因而它是一个统计量。 一般要求偏振模色散小于0.5ps / nm·km，而以目前生产工艺水平，已可达0.2 ps / nm·km。 由于存在偏振模色散，即使在色度色散C(λ)=0的波长，带宽也不是无限大。 在通信速率较低的情况下，偏振模色散还不足以影响系统传输。随着光纤通讯和色散补偿方案的迅速发展，一些高速传输系统的传输速率已达到了几十Gb/s，PMD已成为限制高速光纤通信系统容量和距离的最终因素。 由于偏振模色散是随机的统计量性，除了不断完善和提高生产工艺水平以降低PMD系数外，目前对于PMD的补偿还很困难，目前PMD已成为国际上光通信研究的热点。 2