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1、论光在光纤通信中的传输特性摘要光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传输工具。本文针对光纤通信的传输特性进行了简单的探析。关键词光纤通信传输1.光纤通信技术简介光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,
2、而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。2.光纤通信的传输特性光纤传输特性主要是指光纤的损耗特性和带宽特性(即色散特性),光纤特性的好坏直接影响光纤通信的中继距离和传输速率(或脉冲展宽),因此它是设计光纤系统的基本出发点。2.1.光纤的损耗特性光波在光纤传输过程中,其强度随着传输距离的增加逐渐减弱,光纤对光波产生的衰减作用称为光纤损耗。使用在系统中的光纤传输线,其损耗产生的原因,一方面是由于光纤本身的损耗,包括吸收损耗、瑞利散射损耗、以及因结构不完善引起的散射损耗;另一方面是
3、由于作为系统传输线引起的弯曲损耗等。2.1.1.吸收损耗吸收损耗意味光波传输过程中,有一部分光能量转变为热能。包括光纤玻璃材料本身的固有吸收损耗,以及因杂质引起的吸收损耗。光纤材料的固有吸收又叫本征吸收,在不含任何杂质的纯净材料中也存在这种吸收。固有吸收有两个吸收带,一个吸收带在红外区,吸收峰在波长8mm～12mm范围,它的尾部拖到光通信所要用的波段范围,但影响不大;另一个吸收带在紫外区,吸收峰在0.1mm附近,吸收很强时,它的尾巴会拖到0.7mm～1.1mm波段里去。对物质固有吸收来说,在远离峰值区域的1.0mm～1.6mm波段范围内,固有吸收损
4、耗为低谷区域。杂质吸收损耗是由光纤材料中铁、钴、镍、铬、铜、钒、镁等随遇金属离子以及水的氢氧根离子的存在造成的附加吸收损耗。目前光纤制造工艺对于金属离子杂质的提纯已经不成问题,可以使它们的影响减到最小;但是氢氧根的影响比较大,这是因为在光纤材料中,以及在光纤制造过程中含有大量的水分,提纯中极难清除干净,最后以氢氧根的形式残留在光纤内。残留于光纤内的氢氧根离子,使得在波长在0.94mm、1.24mm和1.38mm附近出现吸收谐振峰,峰值大小与氢氧根离子浓度密切相关。为减小氢氧根离子的影响,工作波长必须避开吸收峰谐振区域,为此将工作波长选择在0.85m
5、m、1.3mm和1.55mm附近。2.1.1.瑞利散射损耗当光波照射到比光波长还要小的不均匀微粒时,光波将向四面八方折射,这一物理现象以发现这一现象的物理学家的名字命名,称为瑞利散射。在光纤中,因瑞利散射引起的光波衰减称为瑞利散射损耗。产生瑞利散射损耗的原因是在光纤制造过程中,因冷凝条件不均匀造成材料密度不均匀,以及掺杂时因材料组分中浓度涨落造成浓度的不均匀,以上两种不均匀微粒大小在与光波长可相比拟的范围内,结果都产生折射率分布不均匀,从而引起瑞利散射损耗。瑞利散射是固有的,不能消除。但由于瑞利散射的损耗系数与光波长的四次方成反比,随着工作波长的增
6、加,瑞利散射损耗会迅速降低。因此远距离的光纤通信常应用长波长段波长。掺杂(如掺锗)会对瑞利散射的增加有影响。2.1.2.因结构不均匀的散射损耗这种散射损耗是由于光纤结构的缺陷产生的。结构缺陷包括光纤芯子与包层交界面的不完整,存在微小的凹凸缺陷,以及芯径与包层直径的微小变化和沿纵轴方向形状的改变等,他们将引起光的散射,产生光纤传输模式散射性的损失。不断提高光纤的制造工艺,采用现代化监测控制技术,可以使结构不完善引起的散射损耗越来越小。现在的光纤制造工艺已经非常先进,这种损耗已经做到0.02dB/km以下,并可达到忽略不计的程度。2.1.3.辐射损耗弯
7、曲损耗是一种辐射损耗。它是由于光纤的弯曲所产生的损耗,当光纤在集束成缆或在光纤、光缆的敷设、施工、接续中造成光纤的弯曲,其弯曲的曲率半径小到一定程度时,芯子内光射线不满足全反射条件,使部分光功率由传输模式转为辐射模式而造成的损耗。弯曲的曲率半径越小,造成的损耗越大。一般认为,当光纤弯曲的曲率半径超过10cm时,弯曲所造成的损耗可以忽略。因此,在工程中必须要保证光缆和光纤在静态和动态时的弯曲曲率半径限值要求,通常动态时的曲率半径限值要大于静态时的曲率半径限值,这是为了确保在施工过程中不会发生光纤断裂损伤。2.1.光纤的色散特性光纤色散是制约光传输系统
8、中继距离和通信容量的另一个主要因素。光纤中传送的光信号是由不同的频率成分和不同的模式成分组成的，它们有不同的传播速度，将会
