摘要：近年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展。光传输网是下一代网络的物理基础。光纤通信即将进入蓬勃发展的新高潮。本文主要介绍光纤通信的原理、优点、种类以及常见的光纤故障。
关键词：光纤通信；原理；种类；特性
光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。1966年英籍华人高锟博士首次提出了光导纤维的概念。在1970年，美国的康宁公司生产出了衰减为20dB/Km的光导纤维，而又在同年美国贝尔实验室实现了GaA1As半导体激光器，这种激光器可以再室温下连续工作。正是这两项重要成果的问世，拉开了光纤通信的序幕，从此一种崭新的通信方式由此诞生。
光纤通信系统经历了四代的变更，1973年～1976年研制成功的波长850nm速率为45Mbit/s的多模光纤系统称为第一代光纤通信系统；1976年～1982年第二代光纤通信系统投入使用，其波长1300nm，损耗为0.5dB/km，最小色散值近似为零，可传输中等码速的数字信号；自1982年开始，长波长单模光纤通信系统开始在世界各地陆续商用，其波长为1310nm，可传输准同步数字体系（PDH）的140Mbit～565Mbit/s的较高速信号，中继距离为50km左右，这种系统称为第三代光纤通信系统；1991年出现了第四代光纤通信系统，即同步数字体系（SDH）的光纤通信系统，目前正处于实用化的高潮阶段，最高速率已达2.5Gbit/s。
一、光纤技术发展的特点
(1) 频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到10Gbps。
(2) 损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0～20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。
(3) 抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。
二、光纤的结构
现在我们通信用的光纤都是石英玻璃（SiO2）制成的，它的横截面很小，而且又是双层的同心圆柱体。在还没有涂覆和套塑料时，我们把它称为裸光纤，是由纤芯和包层组成的。石英玻璃的质地比较脆，还容易断裂，我们为了保护光纤表面，提高它的抗拉强度，为了便于使用，都需在裸光纤的外面进行两次涂覆构成光纤芯线。纤芯、包层、涂覆层和套塑这四部分构成光纤心。
三、光纤的种类
光纤的分类形式有多种，按照传输的总模数可以分为单模光纤和多模光纤两种。单模光纤的纤心直径约为4～10um，它只传输主模，所以比较适合大容量，长距离光纤通信。按照传输的性能距离和用途可以分为长途光纤，市话光纤，，海底光纤和用户光纤。按照折射率分布的不同可以分为均匀光纤（突变型光纤）和非均匀光纤（渐变形光纤）两种。按照套塑方法分类可以分为紧套光纤，松套光纤，束管光纤和带状多芯单元光纤。
四、光纤的损耗特性和色散特性
4.1光纤的损耗特性
当光波在光纤中传输时，随着光波传输距离的增加，光功率就会逐渐的下降，这就称为光纤的传输损耗。而光纤每单位长度的损耗会直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。损耗越多，传输的距离也就越短。当然形成光纤损耗的原因有很多，就目前来看，主要有来自光纤本身的损耗，也有光纤与光源耦合时产生的损耗 还有就是光纤之间的连接也会产生损耗。
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4.2光纤的色散特性
光纤的色散包括模式色散、材料色散和波导色散三种。
光信号在光纤中传输时，不同频率成分或不同模式的信号传播的速度会不同，导致传播信号在光纤中的传播时间不同，这会使得光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端时，先后顺序不同，从而会使得波形畸变。也就影响了信号的接受，导致信号失真。这种现象主要表现在传单个脉冲信号。单个脉冲的光脉冲将会随着传输距离的延长，它的的宽度越来越被展现。
五、光缆的结构和种类
我们为了把光纤敷设到实际线路中，并在运行中经受实际环境的侵扰，必须对被覆盖光纤再施保护，做成光缆。光缆的种类有很多，但不论光缆的具体结构形式如何，它都是由缆芯、护套和加强元件组成。它的分类形式主要有以下两种形式：按照缆中光纤数分为单芯光缆和多芯光缆；按照缆芯的结构分层绞式光缆、单位式光缆、骨架式光缆和带状式光缆。
六、常用测试仪表的用途和常见的光纤故障
我们现在对运行中的光缆线路的维护主要是及时发现问题和正确处理问题。
1、光时域反射仪（OTDR）简称光时域计
它是通过被测光纤中产生的背向瑞利散射信号来工作的，所以又叫做背向散射仪。它主要是用来测量光纤的长度、光纤故障点、光纤衰耗以及光纤接头损耗等。是光纤生产、施工和维护中不可缺少的仪表。
OTDR由激光源将一束光脉冲发射到被测光纤中。通常要选择脉冲的宽度。由被测光纤链路特性及光纤本身特性反射回的信号返回OTDR。信号通过一耦合器到接收机，在那里光信号被转换为电信号。最后经分析并显示在屏幕上。
由时间值乘以光在光纤中的速度即得到距离，这样，OTDR可以显示返回的相对光功率对距离的关系。有了这个信息，就可得出有关链路的非常重要的特性如下：
距离：链路上特征点（如接头、弯曲点等）的位置，链路的距离等。
（1）损耗：单个光纤接头的损耗。
（2）衰减：链路中光纤的衰减。
（3）反射：一事件的反射大小，如活接头。
2、光功率计
实现光通信离不开光功率这个重要参数。发送机输出光功率、接收光功率、接收灵敏度和动态范围的测量，实际上也是在满足一定误码率条件下测量能接收的最小光功率和最大光功率。光纤衰耗、接头衰耗的测量、实际上也是测量光纤两端的光功率。而光功率计就是测量光功率的仪表，所以它是光通信科研、生产、施工维护中必备的仪表之一。
测量光功率有热学法和光电法。热学法在波长特性、测量精度等方面比较好，但响应速度慢、灵敏度低、设备体积大。光电法有较快的响应速度、良好的线形特性而且灵敏度高、测量范围大，但其波长特性和测量精度方面不如热学法。因此根据热学法制成的光功率计一般均作为标准光功率计。
3、最为常见的光纤故障
光纤故障排除是一个非常复杂的过程，因此知道从什么地方入手是非常关键的，只有知道如何入手才能去解决这些故障。才能更好的为光纤通信打好基础。当然光纤通信的故障一般比较少，一些主要的问题，前人已有很多各种经验。在这里简单介绍一些最常见的光纤故障以及产生这些故障的可能因素。主要故障有光纤的断裂，光纤传输功率不足，光纤铺设的距离过长导致传输的信号变弱或消失，光纤的链接器受损，光纤接头脱落损坏等一些问题。
通常而言，这些故障可以通过查一些手册了解基本的解决方法。
七、总而言之，光纤通信系统在这个信息化时代无处不在。在光纤通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术，光纤通信技术体现在日常的电视广播网络等各种光纤传输工具上，而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。光纤通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱，所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的，掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。
论文作者:胡开宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/4
标签：光纤论文; 通信系统论文; 光缆论文; 功率论文; 色散论文; 光纤通信论文; 信号论文; 《基层建设》2017年3期论文;