光纤传输的全面解析及其感应技术

一、光纤传输

所谓光纤传输，是指利用光导纤维（简称为"光纤"）传输光波信号的一种传输方式。

　　光波是属于电磁波的范畴，它服从电磁场的基本规律，而一切宏观电磁现象应遵循的基本规律又是麦克斯韦方程组。因此，光波在光导纤维中的传输一定服从麦克斯韦方程组，即电磁场的基本方程。紫外线、可见光、红外线都属于光波。光波传输是工作在近红外区，即波长是0.8～1.8μm，对应频率为167～375 THz。光纤是一种介质光波导，具有把光封闭在其中进行传输的导波结构。它是由直径大约只有0.1mm的细玻璃丝构成。由于其损耗低，所以适用于长距离传输。目前光纤最常用的有多模和单模两种，多模光纤最大的传输距离为几公里，而单模光纤传播距离可达到几十公里～上百公里，所以光纤传输的应用领域越来越广。

二、光纤传输系统的基本组成 根据不同的客户要求、业务种类及不同阶段技术水平的发展状况，光纤传输系统的形式可以是多种多样的。目前采用比较多的一种基本方式，即是强度调制-直接检波（IM/DD）的光纤数字传输系统。该光纤数字传输系统主要由发射光端机、光纤、接收光端机组成。

　　在点对点的光纤传输系统中，信号的传输过程是：送入发射光端机的输入信号，经过码型变换以后，变成可适合在光纤中传输的码型结构，通过驱动电路对光源进行直接强度调制，使得光源输出的光功率随输入信号电流的大小而变化，即光源完成了电／光变换，将相应的光功率信号送入光纤传输；在传输系统的线路上，目前主要采用单模光纤，这是由于它具有较好的传输特性而决定的；信号到达接收端以后，首先通过光电检测器对输入的光信号进行直接检波，完成光／电变换，然后经放大、均衡、判决等一系列处理，使其恢复为原来的电信号，从而完成整个传输过程。

　在光纤传输系统中，决定中继距离的主要因素是光纤的损耗和传输宽度。通常，用光在光纤中传输单位长度上的衰减量来表示光纤的损耗，其单位是dB／km。目前实用的石英系光纤，在0.8～0.9μm波段内、损耗约为2dB／km左右；在1.31μm损耗为0.5dB/km；而在1.55μm处，损耗可降至0.2dB／km，这已接近Si02光纤损耗的理论极限值。习惯上，将0.85μm称为光纤传输的短波波长；将1.31μm和1.55μm称为光纤传输的长波波长，它们是目前光纤传输中三个实用的低损耗工作窗口。

　　在数字光纤传输中，是以每一时隙中有无光信号的方式来传递信息的。因此，中继距离还要受到光纤传输带宽的限制。通常用MHz·km作为单位长度光纤传输带宽的单位。如果给出某根光纤的带宽是100 MHz·km，即说明每公里长光纤上，只允许传送100 MHz带宽的信号。距离越长，传输带宽越小，则传输容量就越小。

　　三、光纤传输技术的发展趋势

　　光纤传输作为现代传输的主要支柱之一，在现代电信网中起着重要的作用。光纤传输的发展趋势，可以通过以下几个方面展望。

　　1、为了实现越来越大的信息容量和长距离传输，必须使用低损耗和底色散的单模光纤。目前在传输网光缆线路中广泛使用的是G·652常规单模光纤，这种光纤对应1.55μm波长，虽然损耗最小，但色散值较大，约为18ps／(nm·km)，因此，可以说常规单模光纤运用在1.55μm波长时，传输性能不理想。

　　如果将零色散波长从1.31μm移位至1.55μm时，称为色散位移光纤(DSF)，但这种光纤与掺铒光纤放大器(EDFA)运用在波分复用系统(WDM)中时，会由于光纤的非线性而产生四波混频，妨碍WDM的正常运用，这就意味着，光线色散为零对WDM不利。

　　为了使光纤传输技术顺利地运用到波分复用系统中，应该减小光纤色散，但不允许为零，因此，设计的新型单模光纤称为非零色散光纤(NZDF)，它在1.54～1.56μm范围内色散值可保持在1.0～4.0ps／(nm·km)，避开了零色散区，但又保持了较小的色散值。

　　利用NZDF的EDFA／MDM技术的传输系统，在实际中已经得到了广泛的应用。

　　2、光纤传输系统所用光子器件，近年来也有明显发展。为了适应WDM系统的需要，近年开始研制多波长光源器件(MLS)，它主要是把多路激光管排成阵列，连同一个星形耦合器制成混合集成光组件。

　　对于光纤传输系统的接收端机，它的光电检测器和前置放大器，主要是向高速率或宽频带响应方向发展。PIN光电二极管经过改进仍可符合要求，对于长波长1.55μm波段使用的宽带光电检测器，在最近几年曾研制一种金属-半导体-金属的光电检测管(MSM)，它是以 InP为基础的行波式分布光电检测器。据报道，这种MSM对1.55μm光波能够检测的3dB频率带宽可达到78GHz。

　　FET的前置放大器有可能被高电子迁移率晶体管(HEMT)代替。有报道介绍，利用MSM检测器和HEMT前置放大的光电子集成(OEIC)工艺组成1.55μm光电接收机的频带宽度为38GHz，预计可达到60GHz。

　3、光纤传输系统中的以点到点传输的PDH系统已不能适应现代电信网的发展，因此，光纤传输向联网化发展已成为必然趋势。

　　SDH是以联网为基本特征的一种全新的传输网体制，它是将复接、线路传输及交换功能集为一体，并具有强大的网络管理能力的综合信息网，目前正得到广泛应用。

　　光纤接入网作为电信网的一部分，直接面向用户。通过光纤到大楼(FTTB)、光纤到路边(FTTC)、光纤到家庭(FTTH)等手段，为用户提供各种业务。随着用户对数据传输需求的快速增长，光纤接入网是当前重要的研究课题，有望FITH早日实现。

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