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光纤传输

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  • 发布时间:2015/9/27 15:44:57
  • 作者:xgj_yinhe

  夜间的多彩喷泉,划过一道道五彩斑斓的弧线,点缀夜空再合适不过。但不知道大家在欣赏这样的美景时有没有注意过这样一个细节,光线不再是直线行进了,而是顺着水流在弯曲。这是光的全反射,而光纤传输的原理就是光的全反射原理。

光纤的发展历史

  1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通讯。

  1970年贝尔研究所研制出在室温下可连续工作的半导体激光器。

  同年,康宁公司研究出损耗为20dB/Km的低损耗光纤。

  1977年芝加哥世界上第一条45Mb/s的通信线路投入商用。

  次年,FORT在法国首次安装其生产的光纤。

  我国的光纤通信的研究始于1970年邮电部武汉邮电科学研究院,至1979年拉制出我国自主研发的第一根实用光纤。时至今日,光纤已走进千家万户,中国的光纤年产能已达到上亿公里。

光纤的结构

  光纤裸纤一般分为三层:

  第一层:中心高折射率玻璃芯(不同类型光纤芯径不一)。

  第二层:中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)。

  第三层:最外层是加强用的树脂涂层。

光纤结构示意图

  图1 光纤结构示意图

  第一层的纤芯折射率较高,用来传送光;第二层包层折射率低,与纤芯一起形成全反射条件;第三层保护套强度大,能承受较大冲击,保护光纤。

光纤的分类

  按照纤芯折射率又可分为阶跃型光纤(SIF)和渐变型光纤(GIF)。

  阶跃型光纤的中心玻璃芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低,信号畸变大,模间色散高。

  渐变型光纤的中心玻璃芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小,可使高模光按正弦形式传播,这能减少模间色散,提高光纤带宽,增加传输距离。

  根据光在光纤中的传输模式可分为:单模(SM)和多模光纤(MM)。

  单模光纤的中心玻璃芯较细(一般为9-10μm),只能传输一种模式的光,即基模(最低阶模式)。单模光纤信号畸变很小,折射率分布与SIF相似,适用于长距离、大容量的光纤通信系统。

  多模光纤的中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)中传输的模式不止一个,即在光纤中存在多个传导模式。多模光纤信号畸变大,适用于中距离、中容量的光纤通信系统。

  综合各类型光纤存在的差异性和缺陷,现在单模光纤都采用阶跃型,多模光纤多为渐变型光纤。

  下图为阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤和阶跃型单模光纤的性能对比。

各类型光纤的性能对比

  图2 各类型光纤的性能对比

光纤传输的基本构架

  光纤传输系统由发送单元、传输单元、接收单元和连接器件四大构件组成。

  发送单元负责将电信号转换成光信号,传输单元作为载送光信号的介质将信号传递到接收单元,将接收到的光信号转换成电信号。连接器件在之间起到连接光纤到光源、光检测以及其它光纤的作用。

光纤传输的基本构架

  图3 光纤传输的基本构架

光纤传输的优点

  通过和传统通讯手段的比较,我们能够发现光纤通信传输频带极宽,通信容量很大,由于光纤衰减小,中继距离长,故传输距离远。光纤中的光信号抗电磁干扰,保密性好,信号传输质量高,而且光纤尺寸小,重量轻,利于传输和铺设,特殊抗恶意损坏光纤的工作温度可以达到300度。

  光纤通信的优点也就决定了为什么要用光纤传感器。光纤即使在高温和电磁干扰复杂的环境下也能够保证通信质量,并具有极高的数据传输能力,使得光纤成为传感器输出的最佳选择。如WP4000变频功率分析仪前端数字化功能就是将前端传感器输出信号变成数字信号,通过光纤传输至分析仪,阻断电磁干扰传播途径,保证数据精确性。

  随着光纤通信技术的不断发展,相信光纤传感器将会成为市场的主流。