探討光纖通信的傳輸特性以及應(yīng)用

宮明

摘要：隨著信息時(shí)代的到來(lái)，光纖通信技術(shù)在信息傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用變得十分廣泛。為促進(jìn)我國(guó)通信事業(yè)的發(fā)展，更好的應(yīng)用這一現(xiàn)代化的通信技術(shù)，筆者將本文命名為《探討光纖通信的傳輸特性以及應(yīng)用》。首先就光纖通信的傳輸特性進(jìn)行了探討；然后分析了光纖通信的應(yīng)用；最后對(duì)全文進(jìn)行了小結(jié)。旨在與同行進(jìn)行業(yè)務(wù)交流，以更好的了解光纖通信技術(shù)，從而更好的應(yīng)用這一技術(shù)造福人類(lèi)，為促進(jìn)我國(guó)通信事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。

關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù)；傳輸特性；應(yīng)用

光纖通信技術(shù)是本世紀(jì)影響范圍最大和應(yīng)用范圍最廣的現(xiàn)代信息技術(shù)。目前這一技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用前景十分廣闊，尤其在通信領(lǐng)域的應(yīng)用及其廣泛。因而我們?cè)趹?yīng)用這一技術(shù)之前必須對(duì)其特點(diǎn)有一定的了解，其中對(duì)其傳輸特性的了解尤為重要。那么其傳輸特性是什么呢？又該如何應(yīng)用呢？筆者帶著這些問(wèn)題和自身工作實(shí)踐，就光纖通信的傳輸特性以及應(yīng)用做出以下相關(guān)分析。

一、探討光纖通信的傳輸特性

所謂光纖通信，就是將光波作為傳播信息的載體，將光纖作為傳輸媒介的現(xiàn)代化通信方式。就原理分析，光纖通信的基本物質(zhì)構(gòu)成要素分別有光源、光纖和光檢測(cè)器，除根據(jù)材料、工藝和光學(xué)特性對(duì)光纖進(jìn)行分類(lèi)外，根據(jù)用途來(lái)分可分為通信和傳感用光纖。光纖通信技術(shù)雖然具有傳統(tǒng)信息傳播技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)，但也存在諸多不足，例如，質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度差、切斷和接續(xù)需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)設(shè)備、分路和耦合靈活性差、彎曲半徑較大以及供電難等問(wèn)題。因而要應(yīng)用這一通信技術(shù)就必須對(duì)其傳輸特性進(jìn)行分析。光纖通信的傳輸特性可分為損耗和帶寬兩種特性，其特性好壞對(duì)其傳輸速率和中繼距離有著直接的影響，以下筆者就光纖通信的傳輸特性做出以下探討。

（一）損耗特性分析

在光纖傳輸時(shí)，光波的強(qiáng)度與傳輸距離的關(guān)系是，傳輸距離越長(zhǎng)，強(qiáng)度越低，這一過(guò)程中光纖給光波造成的衰減即為光纖損耗。在系統(tǒng)中使用的光纖傳輸線的損耗形成原因有兩點(diǎn)：一是包括吸收、瑞利散射、結(jié)構(gòu)不完整散射等在內(nèi)的光纖自身的損耗；二是在傳輸系統(tǒng)中產(chǎn)生的彎曲損耗。

1、吸收損耗

在光波傳輸時(shí)，由于部分光能力會(huì)轉(zhuǎn)化成熱能，這一部分損耗即為吸收損耗。吸收損耗的形成主要由光纖玻璃自身的固有性吸收損耗和由于雜質(zhì)的存在導(dǎo)致的吸收損耗。固有性吸收損耗又名本征吸收，即純凈材料（無(wú)任何雜質(zhì)）中含有吸收損耗，且固有性吸收具有的吸收帶分別在紅外區(qū)和紫外區(qū)，紅外區(qū)的吸收帶的吸收峰位于波長(zhǎng)10±2mm這一范圍之內(nèi)，主要從尾部到所要使用的光通信波段范圍之內(nèi)，影響小。而紫外區(qū)的吸收帶的吸收峰位于波長(zhǎng)0.1mm周?chē)?，具有較強(qiáng)的吸收性，而其尾部會(huì)處于0.9±0.2mm的波段范圍之內(nèi)。而就物質(zhì)的固有性吸收來(lái)看，當(dāng)與峰值區(qū)域（1.4±0.2mm的波段范圍之內(nèi)）遠(yuǎn)離時(shí)，其固有性的吸收損耗屬于低谷區(qū)域。而由雜質(zhì)的存在導(dǎo)致的吸收損耗主要光纖材料中的銅、釩、鎂、鎳、鉻、鐵、鈷等會(huì)由于金屬離子和水氫氧根離子的出現(xiàn)形成附加刑的吸收損耗。雖然當(dāng)前在金屬離子雜質(zhì)提純方面的光纖制造工藝已經(jīng)十分成熟，能將其帶來(lái)的影響降低最低，可氫氧根離子造成的影響還相對(duì)較大，這主要是由于光纖材料及其制作過(guò)程都存在較多水分，即使提純也難以清除干凈，從而在光纖內(nèi)殘留氫氧根離子，進(jìn)而在波長(zhǎng)0.94、1.24、1.38mm周?chē)a(chǎn)生吸收諧振峰，而峰值的大小又與其濃度成正比，因而為降低氫氧根離子帶來(lái)的影響，就必須確保工作波長(zhǎng)與上述區(qū)域波長(zhǎng)相避開(kāi)，所以所選擇的工作波長(zhǎng)應(yīng)在波長(zhǎng)0.85、1.30、1.55mm的周?chē)?/p>

2、“瑞利散射”損耗

19世紀(jì)著名的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)現(xiàn)象：只要光波所照射的微粒不均勻且比光波長(zhǎng)要小，那么光波就會(huì)朝著四面八方折射，俗稱(chēng)“瑞利散射”。而“瑞利散射”損耗主要是光纖由于瑞利散射導(dǎo)致光波的衰減。而出現(xiàn)“瑞利散射”損耗的根源主要是由于光纖生產(chǎn)時(shí)冷凝條件不均勻?qū)е缕涿芏炔痪鶆?，且在摻雜過(guò)程中由于材料組成成分和濃度的不同。而這兩類(lèi)均勻不同的微粒的大小與光波的長(zhǎng)度相比的范圍內(nèi)產(chǎn)生的折射率分散不均勻而導(dǎo)致“瑞利散射”損耗的出現(xiàn)。所以這一損耗是不能消除的，通常其損耗系數(shù)同光波長(zhǎng)的四次方成反比例，工作波長(zhǎng)越長(zhǎng)損耗越低。

3、結(jié)構(gòu)不完整散射損耗

結(jié)構(gòu)不完整散射損耗主要源于光纖結(jié)構(gòu)存在缺陷而形成的。結(jié)構(gòu)不完整主要是指光纖的芯子和包層的交界面有細(xì)小的凹凸缺陷，芯徑和包層直徑發(fā)生的細(xì)小變化以及順縱軸方向的形狀發(fā)生改變等都會(huì)導(dǎo)致散射損耗的出現(xiàn)。而通過(guò)不斷提高其制造工藝水平和應(yīng)用現(xiàn)代化的監(jiān)控技術(shù)能將此類(lèi)損耗降到最低，目前的光纖制造工藝水平已經(jīng)十分成熟，損耗已可以忽略不計(jì)，每千米低于0.02dB。

4、彎曲損耗

彎曲損耗屬于輻射性的損耗。其產(chǎn)生主要是因?yàn)楣饫w彎曲而導(dǎo)致的。產(chǎn)生彎曲的種類(lèi)較多，主要有以下幾種：一是當(dāng)光纖集束成纜時(shí)出現(xiàn)的彎曲；二是在敷設(shè)光纖、光纜時(shí)以及施工和接續(xù)時(shí)出現(xiàn)的彎曲。一旦彎曲率半徑過(guò)小，使得芯子內(nèi)的光射線難以滿足反射的條件，將一些光功率從傳輸轉(zhuǎn)成輻射的模式形成損耗。即彎曲率半徑與損耗成反比。通常情況下，彎曲率半徑大于十公分，那么其形成的損耗幾乎為零。所以在施工中應(yīng)確保動(dòng)靜態(tài)下的光纖彎曲率半徑滿足限值要求，而為確保光纖不會(huì)出現(xiàn)斷裂和損傷，就應(yīng)在確保彎曲率半徑大于十公分的基礎(chǔ)上確保動(dòng)態(tài)的彎曲率半徑限值要比靜態(tài)的彎曲率半徑限值要大。

（二）光纖的帶寬特性

光纖的帶寬特性也叫色散特性。色散就是由于承載傳輸信號(hào)的不同模式或不同頻率成分的光波傳播速度不同，經(jīng)光纖傳導(dǎo)到達(dá)同一終端的時(shí)間有先有后，產(chǎn)生的群時(shí)延不同，存在時(shí)延差，這時(shí)延差就表示色散。對(duì)于光通信來(lái)說(shuō)，大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)采用數(shù)字通信方式，在這種通信系統(tǒng)中，用數(shù)字脈沖信號(hào)去調(diào)制光載頻，因而，在光纖中所傳輸?shù)氖且粋€(gè)個(gè)的光脈沖信號(hào)，由于信號(hào)的各頻率成分或各模式成分的傳輸速度不同，當(dāng)它在光纖中傳輸一段距離后，將互相散開(kāi)，于是光脈沖被展寬，嚴(yán)重時(shí)前后脈沖將互相重疊。這將形成碼間干擾，增加誤碼率，使通信質(zhì)量下降。為保證通信質(zhì)量，必須加大碼間距離，也就是減少單位時(shí)間的脈沖數(shù)量，這就降低了通信容量。另一方面，傳輸距離越長(zhǎng)，脈沖展寬越嚴(yán)重，因而色散也就限制了光纖的一次傳輸距離。

二、光纖通信的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)的展望

光纖通信因其自身優(yōu)勢(shì)而能夠滿足各種復(fù)雜的通信業(yè)務(wù)要求，而成為首選通信方式。目前，我國(guó)己建成以北京為中心向四面八方面各個(gè)方向輻射的長(zhǎng)途干線光纖網(wǎng)，全國(guó)“八縱八橫”光纖通信網(wǎng)已建成。隨著我國(guó)通信事業(yè)的迅速發(fā)展，以光纖通信為基礎(chǔ)的傳輸網(wǎng)絡(luò)還會(huì)建設(shè)的更多，我國(guó)的光纖通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訉拸V，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐將大大加快。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，探討光纖通信的傳輸特性對(duì)光纖通信技術(shù)的應(yīng)用具有十分重要的意義。作為新時(shí)期背景下的通信工作者，我們只有不斷提高自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，認(rèn)真學(xué)習(xí)現(xiàn)代化的光纖通信技術(shù)，做到實(shí)踐與理論的有機(jī)結(jié)合，將光纖通信技術(shù)的作用發(fā)揮到最大，在助推我國(guó)通信事業(yè)發(fā)展的同時(shí)為實(shí)現(xiàn)2020年全面建成小康社會(huì)奠定堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)，并為之而不懈努力。

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