摘要：光纤通信是利用光波作为信息载体、以光纤作为传输介质的通信方式。在光纤通信网络中，载波的光波频率比电波的频率高得多，传输介质的光纤比同轴电缆或导波管的损耗低得多，因此光纤通信的容量比微波通信大几十到几百倍。光通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，光通信网络的发展及应用必将成为行业内的热点。
关键词：光纤通信；光网络
光纤通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波与无线电波都属于电磁波，但是光波的频率高于无线电波，而且波长又短于无线电波。所以，光通信具有传输频带宽、通信容量大传输损耗小、中继距离长、抗电磁干扰能力强的特点。
1、光纤通信的概念
1.1光纤通信实用光波范畴
光纤通信是利用光导纤维（光纤）传输光波信号的通信方式，光波是一种电磁波，通过电磁感应来传播。光纤通信实用工作在近红外区域。波长：0.8-1.8 μm，頻率167－375THz。
1.2光纤的基本结构
光纤的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体，如下图所示。中心部分是由纯石英玻璃拉制而成的纤芯；纤芯的外面是包层。
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2、光纤的损耗
光纤中的光波在传输一段距离以后能量会衰减，导致光功率会下降，这就是光纤的损耗。
光纤损耗用损耗系数α（λ）表示（可简写为α），单位为dB/km，即单位长度（km）的光功率损耗（dB）值。
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2.1吸收损耗
与光纤材料有关，包括1、紫外吸收——随波长减小而逐渐变大；2、红外吸收——红外吸收形成了石英光纤工作波长的上限；3、杂质吸收典型的是氢氧根离子（OH﹣）吸收。紫外吸收和红外吸收均属于本征吸收。
2.2散射损耗
典型的散射损耗——瑞利散射，其大小与光波长的4次方成反比，因而对短波长窗口的影响较大。
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根据散射损耗所为线性散射损耗和非线性散射损耗。线性散射损耗主要包括瑞利散射引起的损耗功率与传播模式的功率是否呈线性关系，散射损耗又分损耗和材料不均匀引起的散射损耗。瑞利散射是由光纤材料的折射率随机性变化而引起的。
2.3光纤损耗与波长的关系
光纤的损耗与波长的关系如下图所示：
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石英玻璃光纤的损耗谱具有三个主要特征：1、损耗随波长的增大而成降低趋势；2、损耗吸收峰与典型的杂质吸收——氢氧根离子（OH-）有关；3、红外吸收形成了石英光纤工作波长的上限。
光纤的第1低损耗窗口位于0.85μm附近，第2低损耗窗口位于1.31μm附近（S波段），第3低损耗窗口位于1.55μm附近（C波段）。
3、光纤的色散
3.1光纤色散的分类
色散分为模式色散和波长色散。
3.1.1模式色散
在多模光纤中，光信号耦合进光纤以后，会激励起多个导波模式。这些模式有不同的相位常数和不同的传播速度，从而导致光脉冲的展宽，称为模式色散。多模光纤中模式色散占主要地位。
3.1.2波长色散（频率色散）
由于光源发出的光脉冲不可能是单色光（而且光波上调制的信号存在一定的带宽），这些不同波长或频率成分的光信号在光纤中传播时，由于速度不同引起的光脉冲的展宽现象称为波长色散（也称为频率色散）。
4、常用的单模光纤
ITU-T已规范了4种类型的单模光纤：G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤和G.655光纤，其中应用比较广泛的是G.652光纤、G.653光纤和G.655光纤。
5、数字光纤通信系统构成
数字光纤通信系统构成示意图：
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数字光纤通信系统包括三大组成部分：发送部分、信道部分和接收部分。
5.1 数字光纤通信系统构成
5.1.1发送部分
光发射机的主要作用是把电发射机送过来的电信号转换成光信号耦合进光纤。光发射机（即光发送机）中的重要器件是能够完成电-光转换功能的半导体光源，通常是采用直接调制来实现电-光转换功能目前用于光纤通信的光源主要包括：半导体激光器（LD）和半导体发光二极管（LED）。
5.1.2接收部分
光接收机的主要作用是将通过光纤传送过来的光信号转换成电信号。光接收机中的重要器件是能够完成光-电转换功能的光电检测器。目前用于光纤通信的光检测器包括：PIN光电二极管与APD雪崩光电二极管。
5.1.3传输部分（信道部分）
光纤线路——传输光信号。光中继器——由于光纤本身具有损耗和色散，会使信号的幅度衰减、波形失真。因此对于长距离的传输，需要进行中继放大。直接检测——通过光检测器直接将光信号变换为电信号，不需要外加解调器。接收机灵敏度是指光接收机在满足给定误码率的情况下，所要求的最小接收光功率。
6、光纤通信网络
光网络以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系结构。光网络就是一种基于光纤的通信网，兼顾“光”和“网络”两层含义：即可通过光纤提供大容量、长距离、高可靠的链路传输手段。
光传输网络主要有：SDH传输网、MSTP传输网、DWDM传输网、光传送网（OTN）、自动交换光网络（ASON）、分组传送网（PTN）和IP RAN等。
7、结语
随着“宽带中国”战略的落地，以及5G商用时代的开启，光纤通信将迎来更大的发展空间。在“能力”与“效率”双引擎的驱动下光纤通信将在通信领域大放异彩。
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论文作者:唐金慧
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：光纤论文; 色散论文; 光纤通信论文; 波长论文; 光波论文; 信号论文; 网络论文; 《基层建设》2019年第29期论文;