纖維光學(xué)通信

（1)通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)；一根光纖的潛在帶寬可達(dá)20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類(lèi)古今中外全部文字資料傳送完畢。400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長(zhǎng)為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)幾十、甚至上百公里。

(2)信號(hào)干擾小、保密性能好；

(3）抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問(wèn)題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

(4）光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設(shè)和運(yùn)輸；

(5）材料來(lái)源豐富，環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。

(6）無(wú)輻射，難于竊聽(tīng)，因?yàn)楣饫w傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。[1]

(7)光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。

(8）質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度差。

(9）光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。

(10）分路、耦合不靈活。

(11）光纖光纜的彎曲半徑不能過(guò)小（>20cm）

(12）有供電困難問(wèn)題。

利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點(diǎn)，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纖通信。

纖維光學(xué)通信是以光波作為信息載體，以光學(xué)纖維（光纖）作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成纖維光學(xué)通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。光學(xué)纖維除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類(lèi)外，在應(yīng)用中，光學(xué)纖維常按用途進(jìn)行分類(lèi)，可分為通信用光學(xué)纖維和傳感用光學(xué)纖維。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專(zhuān)用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

纖維光學(xué)通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱(chēng)之為“有線”光通信。當(dāng)今，光學(xué)纖維以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。

纖維光學(xué)通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過(guò)光學(xué)纖維發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息．

隨著信息技術(shù)傳輸速度日益更新，光纖技術(shù)已得到廣泛的重視和應(yīng)用。在多微機(jī)電梯系統(tǒng)中，光纖的應(yīng)用充分滿足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術(shù)在電梯上的應(yīng)用，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光學(xué)纖維組成。

在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)在被微機(jī)系統(tǒng)所接收前，首先要還原成相應(yīng)的電信號(hào)。這種轉(zhuǎn)換是通過(guò)光接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。光接收器的作用就是將由光纖傳送過(guò)來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再把該電信號(hào)交由控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。 光接收器是根據(jù)光電效應(yīng)的原理，用光照射半導(dǎo)體的 PN結(jié)，半導(dǎo)體的 PN結(jié)吸收光能后將產(chǎn)生載流子，因此產(chǎn)生 PN結(jié)的光電效應(yīng)，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。應(yīng)用于光纖系統(tǒng)中的半導(dǎo)體接收器主要有半導(dǎo)體光電二極管，光電三極管、光電倍增管和光電池等。光電三極管不僅能把入射光信號(hào)變成電信號(hào)，而且能把電信號(hào)放大，從而能夠與控制系統(tǒng)接口電路很好地匹配，所以光電三極管的應(yīng)用最為廣泛。2100433B

光纖是光信號(hào)的傳輸通道，是光纖通信的關(guān)鍵材料。

光纖由纖芯、包層、涂敷層及外套組成，是一個(gè)多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)圓柱體。纖芯的主體是二氧化硅，里面摻有微量的其它材料，用以提高材料的光折射率。纖芯外面有包層，包層與纖芯有不同的光折射率， 纖芯的光折射率較高， 用以保證光信號(hào)主要在纖芯里進(jìn)行傳輸。 包層外面是一層涂料，主要用來(lái)增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度，以使光纖不受外來(lái)?yè)p害。光纖的最外層是外套，也是起保護(hù)作用的。

光纖的兩個(gè)主要特征是損耗和色散。損耗是光信號(hào)在單位長(zhǎng)度上的衰減或損耗，用db/km表示，該參數(shù)關(guān)系到光信號(hào)的傳輸距離，損耗越大，傳輸距離越短。多微機(jī)電梯控制系統(tǒng)一般傳輸距離較短，因此為降低成本，大多選用塑料光纖。光纖的色散主要關(guān)系到脈沖展寬。 在三菱電梯控制系統(tǒng)中， 光纖通信主要用于群控與單梯間的數(shù)據(jù)傳送及兩臺(tái)并聯(lián)的單梯之間的數(shù)據(jù)傳送。三菱電梯所用的光纖裝置主要由光源、光接收器和光纖組成，其中光源和光接收器被封裝在光纖接插件的定插頭內(nèi)，光纖與動(dòng)插頭相連。

1966年英籍華人高錕(Charles Kao)發(fā)表論文提出用石英制作玻璃絲(光學(xué)纖維)，其損耗可達(dá)20dB/km，可實(shí)現(xiàn)大容量的光纖通信。當(dāng)時(shí)，世界上只有少數(shù)人相信，如英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室(STL)、美國(guó)的Corning玻璃公司，Bell實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)導(dǎo)。2009年高錕因發(fā)明光學(xué)纖維獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1970年，Corning公司研制出損失低達(dá)20dB/km，長(zhǎng)約30 m的石英光學(xué)纖維，據(jù)說(shuō)花費(fèi)了3000千萬(wàn)美元。1976年Bell實(shí)驗(yàn)室在華盛頓亞特蘭大建立了一條實(shí)驗(yàn)線路，傳輸速率僅45Mb/s，只能傳輸數(shù)百路電話，而用中同軸電纜可傳輸1800路電話。因?yàn)楫?dāng)時(shí)尚無(wú)通信用的激光器，而是用發(fā)光二極管(LED)做纖維光學(xué)通信的光源，所以速率很低。1984年左右，通信用的半導(dǎo)體激光器研制成功，纖維光學(xué)通信的速率達(dá)到144Mb/s，可傳輸1920路電話。1992年一根光學(xué)纖維傳輸速率達(dá)到2.5Gb/s，相當(dāng)3萬(wàn)余路電話。1996年，各種波長(zhǎng)的激光器研制成功，可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)多通道的纖維光學(xué)通信，即所謂“波分復(fù)用”(WDM)技術(shù)，也就是在1根光纖內(nèi)，傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。于是纖維光學(xué)通信的傳輸容量倍增。在2000年，利用WDM技術(shù)，一根光纖傳輸速率達(dá)到640Gb/s。有人對(duì)高錕1976年發(fā)明了光學(xué)纖維，而2010年才獲得諾貝爾獎(jiǎng)有很大的疑問(wèn)。事實(shí)上，從以上光學(xué)纖維發(fā)展史可以看出，盡管光學(xué)纖維的容量很大，沒(méi)有高速度的激光器和微電子仍不能發(fā)揮光纖超大容量的作用。電子器件的速率才達(dá)到吉比特/秒量級(jí)，各種波長(zhǎng)的高速激光器的出現(xiàn)使光學(xué)纖維傳輸達(dá)到太比特/秒量級(jí)(1Tb/s=1000 Gb/s)，人們才認(rèn)識(shí)到“光學(xué)纖維的發(fā)明引發(fā)了通信技術(shù)的一場(chǎng)革命”。

纖維光學(xué)通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長(zhǎng)多模光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖和長(zhǎng)波長(zhǎng)單模光纖．采用纖維光學(xué)通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個(gè)國(guó)家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信．中國(guó)光纖通信已進(jìn)入實(shí)用階段．

纖維光學(xué)通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長(zhǎng)，對(duì)大容量（超高速和超長(zhǎng)距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。

纖維光學(xué)通信就是利用光波作為載波來(lái)傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，達(dá)到通信目的的一種最新通信技術(shù)。

通信的發(fā)展過(guò)程是以不斷提高載波頻率來(lái)擴(kuò)大通信容量的過(guò)程，光頻作為載頻已達(dá)通信載波的上限，因?yàn)楣馐且环N頻率極高的電磁波 ，因此用光作為載波進(jìn)行通信容量極大，是過(guò)去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人們?cè)缇妥非蟮哪繕?biāo)，也是通信發(fā)展的必然方向。

纖維光學(xué)通信與以往的電氣通信相比，主要區(qū)別在于有很多優(yōu)點(diǎn)：它傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，有利于資源合理使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可在特殊環(huán)境或軍事上使用。

纖維光學(xué)通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長(zhǎng)途干線通信過(guò)去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢(shì)的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國(guó)的公共電信網(wǎng)（如中國(guó)的國(guó)家一級(jí)干線、各省二級(jí)干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（CATV）系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門(mén)、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

纖維光學(xué)通信傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無(wú)源光器件構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)通信，基帶信號(hào)還必須經(jīng)過(guò)電端機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后送到纖維光學(xué)通信傳輸系統(tǒng)完成通信過(guò)程。

它適合于光纖模擬通信系統(tǒng)中，而且也適用于光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在纖維光學(xué)模擬通信系統(tǒng)中，電信號(hào)處理是指對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行放大、預(yù)調(diào)制等處理，而電信號(hào)反處理則是發(fā)端處理的逆過(guò)程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，電信號(hào)處理是指對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行放大、取樣、量化，即脈沖編碼調(diào)制（PCM ）和線路碼型編碼處理等，而電信號(hào)反處理也是發(fā)端的逆過(guò)程。對(duì)數(shù)據(jù)光纖通信，電信號(hào)處理主要包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它不需要碼型變換。

纖維光學(xué)元件開(kāi)發(fā)的重要課題是 接續(xù)、連接器和開(kāi)關(guān)。

開(kāi)發(fā)出多種纖維光學(xué)開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)用于單模光纖和PANDA 光纖 。 這些高精度纖維光學(xué)開(kāi)關(guān)在許多纖 維光學(xué)系統(tǒng)中都非常有用。

連接和接續(xù)技術(shù)也很重要。 這些技術(shù)和精致的熔接接續(xù)設(shè)備業(yè)已建立，另外還實(shí)現(xiàn)了 GSET (產(chǎn)品名稱(chēng) )套筒的新接續(xù)。系統(tǒng)中光纖在微交界面機(jī)械連接，平均接續(xù)損耗約為 0.05dB，提供一種非常便利且廉價(jià)的接壤設(shè)備。

光纖的各種應(yīng)用對(duì)于纖維光學(xué)技術(shù)的未來(lái)開(kāi)發(fā)將十分重要。纖維光學(xué)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用為纖維光學(xué)傳感器。它們是纖維光學(xué)陀螺儀和光時(shí)域反射儀(OTDR )系統(tǒng)。相干光控制新概念—— 光相干域反射儀(OcDR )將為光傳感系統(tǒng)帶來(lái)新應(yīng)用。將孤子應(yīng)用于OTDR系統(tǒng)，可望實(shí)現(xiàn)高分辨率。且通過(guò)引入時(shí)間分辨頻譜反射儀概念，實(shí)現(xiàn)非線性脈傳播的空間分辨率。

纖維光學(xué)陀螺儀可能是最受歡迎的一種纖維光學(xué)傳感器。

纖維光學(xué)技術(shù)的其它應(yīng)用，如導(dǎo)彈、有機(jī)晶體的非線性光學(xué)取樣設(shè)備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、所用材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用及其開(kāi)發(fā)的前景十分廣闊。 2100433B

《纖維光學(xué)開(kāi)關(guān)(第1部分):總規(guī)范(可供認(rèn)證用)(GB 12511-1990)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。2100433B