光纤通信基础概念

       信息的传输是以电磁波为媒介进行的。电磁波的波谱很宽，如图1所示。通信所用的波段是在波长为千米至微米数量级范围。由于通信的容量与电磁波频率成正比例的增大，所以探索将更高频率的电磁波用于通信技术是人们追求的目标。各种频段电磁波的划分和常用传输媒质如表1所示。

图1电磁波谱 

表1电磁波波段划分和常用传输媒质

       光纤通信是以光波为载波、以光纤(即光导纤维)为传输媒质的通信方式。

       光纤通信系统的基本组成如图9.2所示，它包括了电收发端机、光收发端机、光纤光缆线路、中继器等。

图2     光纤通信系统组成

       图2给出的是一个单向传输的系统，反向传输的结构是相同的。在发送端，电发送端机对来自信息源的信号进行处理，如模/数变换、多路复用等。它是常规的通信设备。经过处理的信号送至光发送端机。光发送端机内有光源，如半导体激光器。在光发送端机对光源的光载波进行调制，把电信号转换成光信号，并且耦合到光纤中去，通过光纤将光信号传输至接收端。光接收端机内有光检测器，如光电二极管。在光接收端机对经过光纤传输过来的微弱的光信号进行检测，把光信号转换成电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，输入到电接收端机，在电接收端机恢复成原信号。对于长距离的光纤通信系统，为了补偿光纤线路损耗和色散造成的信号衰减和畸变的影响，每隔一定距离需要接入中继器，其作用是把经过衰减和畸变的光信号放大、整形、再生成一定强度的光信号，送入光纤继续传输，以保证整个系统的通信质量。

        光纤通信系统中由于釆用了电一光、光一电的变换，可以采用光纤而不是电缆来传输信号。因为光纤的带宽和损耗性能比电缆要优越得多，即光纤的带宽比电缆要宽、损耗比电缆要小，因而光纤通信系统得到了广泛的应用。系统不但可以在长途干线上发挥作用，而且在本地网、接入网等传输网络中得到广泛的应用。

       光纤通信系统由于采用了光纤传输信号实现通信，因此，和其他通信系统相比具有一系列独特的优点。这些优点主要如下：

       现在单模光纤的带宽可达1.5THz•km量级，有着极大的传输容量。值得提出的是：光纤具有极宽的潜在带宽。如将光纤的低损耗和低色散区做到1.45-1.65Mm波长范围，则相应的带宽为25THz。

       光纤的传输损耗很低，石英光纤在1.55jzm波长处的传输损耗已可以做到0.2dB/km,甚至达0.15dB/km,这是以往任何传输线都不能与之相比的。损耗低，无中继传输距离就长。一般光纤通信系统的无中继传输距离为几十公里，甚至可达一百多公里，比电缆系统的中继距离大很多。

       大多数光纤是由石英材料制成的，它不怕电磁干扰，也不受外界光的影响。强电、雷电等也不会影响光纤的传输性能，甚至在核辐射的环境中光纤通信也能正常进行。这是电通信所不能比拟的。因此光纤通信在许多特殊环境中得到了广泛的应用。

       光在光纤中传输时，光波集中在光纤芯子中传输，向外泄漏的光能很小。同一根光缆中的光纤之间不会产生干扰和串话，因而保密性好，使用安全。

光纤细如发丝。其外径仅为125µm,套塑后的外径也小于1mm,加之光纤材料的比重小.成缆后的重量也轻。例如18芯架空光缆（或管道）重量约为150kg/km,而18管同轴电缆的重量约为11t/km。经过表面涂覆的光纤具有很好的可绕性，便于敷设，可架空、直埋或置入管道。可用于陆地或海底，在飞机、轮船、人造卫星和宇宙飞船上也特别适用。

       通信用电缆的主要材料为稀有金属铜，其资源严重紧缺。而石英光纤的主体材料是SiOz，材料资源丰富。

        光纤通信的这些优点使其成为当今信息领域的重要支柱。光纤通信的发展也是日新月异、一日千里，新的系统、器件不断涌现，为光纤通信不断注入新的活力，使其在通信领域占据了重要的地位。