第一章概述

第一章概述 1.1 光纤通信的基本概念 1.2 光纤通信的组成与特点 1.3 光纤通信技术的发展趋势返回

1.1 光纤通信的基本概念 1 光纤通信概念所谓光纤通信，是指利用光导纤维（简称为光纤）传输光波信号的一种通信方式。光波是属于电磁波的范畴，电磁波按照波长不同（或频率不同），可分为如图1-1所示的种类。其中，紫外线、可见光、红外线都属于光波。光纤通信是工作在近红外区，即波长是0.8~1.8um，对应的频率为167~375 THz。图1-1 电磁波的种类和名称

1.1 光纤通信的基本概念 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 ~ 0.9um波段内、损耗约为2dB/km左右；在1.31um损耗为0.5dB/km；而在1.55um 处, 损耗可降至0.2dB/km,这已接近SiO2光纤损耗的理论极限值。习惯上，将0.85um称为光纤通信的短波波长;将1.31um和1.55um称为光纤通信的长波波长,它们是目前光纤通信中三个实用的低损耗工作窗口。在数字光纤通信中，是以每一时隙中有无光信号的方式来传递信息的。因此，中继距离还要收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100MHz·km，既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，则通信容量就越小

1.1 光纤通信的基本概念 2 电磁波分类在1867年，麦克斯韦就证实了光是一种电磁波。电磁波是电波和磁波的结合。当磁场发生变化时，由于电磁感应，会产生与磁通量变化成比例的电场；反过来，电场变化也会产生相应的变化磁场。光的传播就是通过电场，磁场的状态随时间变化的规律实现的。通常，根据传播方向上的有无电场或磁场分量，可将电磁波的传播形态分为以下三类： TEM波：在传播方向上既没有电场也没有磁场分量，称为横电磁波。 TE波：在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。 TM波：在传播方向上有电场分量但无磁场分量，称为横磁波。任何电磁波都可以用这三种波的合成形式表示出来。光导纤维是属于介质光波导的范畴，目前实用的光纤的基础材料是二氧化硅(SiO2），利用这种介质纤维传输光波信号的通信方式，就是光纤通信。

LD(LED) APD(PIN) 光端机（发送）前置放大放大均衡判决图1-2 光纤数字通信系统电端机电端机 1.2 光纤通信的组成与特点 1. 组成：光发送机，通信信道，光接收机根据不同的用户要求,不同的业务种类,以及不同阶段技术水平的发展情况,光纤通信系统的形式可多种多样。目前采用比较多的一种基本方式，既是强度调制-直接检波（IM/DD）的光线数字通信系统。这种系统的原理方框图如图1-2所示。由图可见，该光纤数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光接收端机组成 2 原理框图

1.2 光纤通信的组成与特点 3 工作原理在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程如下：送入光发射端机的输入信号，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；在通信系统的线路上，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。在光纤通信系统中，决定中继距离的主要因素是光纤的损耗和传输带宽。

1.2 光纤通信的组成与特点 4 特点（与铜缆相比较的）（1）传输频带宽、通信容量大（2）传输损耗小（3）抗电磁干扰能力强。（4）线径细、重量轻。（5）资源丰富

1.3 光纤通信技术的发展趋势 光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着重要的作用。光纤通信的发展趋势，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，必须使用低损耗和低色散的单模光纤。目前在通信网光缆线路中广泛使用的是G·652常规单模光纤,这种光纤1.55um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1.55um波长时,传输性能不理想。如果将零色散波长1.31um移位至1.55um时，称为色散位移光纤（DSF），但这种光纤与掺饵光纤放大器（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，光纤色散为零对WDM不利。为了使光纤通信技术顺利的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1.54~1.56um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传输系统，已有不少实例作为公开报道。

2.光纤通信系统所用光子器件，近年来也有明显发展。为了适应WDM系统的需要，近年来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，连同一个星型耦合器制成混合集成光组件。2.光纤通信系统所用光子器件，近年来也有明显发展。为了适应WDM系统的需要，近年来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，连同一个星型耦合器制成混合集成光组件。对于光纤通信系统的接收端机，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1.55um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为基的行波式分布光电检测器。据报道，这种MSM对1.55um光波能够检测的3d B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。由报道介绍，利用MSM检测器和HEMT前置放大的光电子集成（OEIC）工艺组成1.55um光电接收机的频带宽度为38GHz，预计可达到60GHz。 1.3 光纤通信技术的发展趋势

1.3 光纤通信技术的发展趋势 3.光纤通信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，光纤通信相连网化发展已成为必然趋势。 SDH是以联网为基本特性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的，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。随着用户对数据通信需要的快速增长，光纤接入网是当前重要的研究课题，有望FTTH早日实现。

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