纖維光學通信應用領域

纖維光學通信的應用領域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應用。還用于長途干線通信過去主要靠電纜、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)勢的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)（如中國的國家一級干線、各省二級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)和其他如在飛機內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

纖維光學通信傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機、光接收機、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源光器件構(gòu)成。要實現(xiàn)通信，基帶信號還必須經(jīng)過電端機對信號進行處理后送到纖維光學通信傳輸系統(tǒng)完成通信過程。

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)。在纖維光學模擬通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進行放大、預調(diào)制等處理，而電信號反處理則是發(fā)端處理的逆過程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進行放大、取樣、量化，即脈沖編碼調(diào)制（PCM ）和線路碼型編碼處理等，而電信號反處理也是發(fā)端的逆過程。對數(shù)據(jù)光纖通信，電信號處理主要包括對信號進行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它不需要碼型變換。

（1)通信容量大、傳輸距離遠；一根光纖的潛在帶寬可達20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類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，無中繼傳輸距離可達幾十、甚至上百公里。

(2)信號干擾小、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，便于鋪設和運輸；

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

(6）無輻射，難于竊聽，因為光纖傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。[1]

(7)光纜適應性強，壽命長。

(8）質(zhì)地脆，機械強度差。

(9）光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設備和技術。

(10）分路、耦合不靈活。

(11）光纖光纜的彎曲半徑不能過?。?gt;20cm）

(12）有供電困難問題。

利用光波在光導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，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，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，并通過光學纖維發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復原信息．

隨著信息技術傳輸速度日益更新，光纖技術已得到廣泛的重視和應用。在多微機電梯系統(tǒng)中，光纖的應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。光纖技術在電梯上的應用，大大提高了整個控制系統(tǒng)的反應速度，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、光電接收器和光學纖維組成。

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(光學纖維)，其損耗可達20dB/km，可實現(xiàn)大容量的光纖通信。當時，世界上只有少數(shù)人相信，如英國的標準電信實驗室(STL)、美國的Corning玻璃公司，Bell實驗室等領導。2009年高錕因發(fā)明光學纖維獲得諾貝爾獎。1970年，Corning公司研制出損失低達20dB/km，長約30 m的石英光學纖維，據(jù)說花費了3000千萬美元。1976年Bell實驗室在華盛頓亞特蘭大建立了一條實驗線路，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。因為當時尚無通信用的激光器，而是用發(fā)光二極管(LED)做纖維光學通信的光源，所以速率很低。1984年左右，通信用的半導體激光器研制成功，纖維光學通信的速率達到144Mb/s，可傳輸1920路電話。1992年一根光學纖維傳輸速率達到2.5Gb/s，相當3萬余路電話。1996年，各種波長的激光器研制成功，可實現(xiàn)多波長多通道的纖維光學通信，即所謂“波分復用”(WDM)技術，也就是在1根光纖內(nèi)，傳輸多個不同波長的光信號。于是纖維光學通信的傳輸容量倍增。在2000年，利用WDM技術，一根光纖傳輸速率達到640Gb/s。有人對高錕1976年發(fā)明了光學纖維，而2010年才獲得諾貝爾獎有很大的疑問。事實上，從以上光學纖維發(fā)展史可以看出，盡管光學纖維的容量很大，沒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到吉比特/秒量級，各種波長的高速激光器的出現(xiàn)使光學纖維傳輸達到太比特/秒量級(1Tb/s=1000 Gb/s)，人們才認識到“光學纖維的發(fā)明引發(fā)了通信技術的一場革命”。

纖維光學通信是現(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：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖．采用纖維光學通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信．中國光纖通信已進入實用階段．

纖維光學通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為20世紀90年代的技術。進入21世紀后，由于因特網(wǎng)業(yè)務的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡有了更為迫切的需求。

纖維光學通信就是利用光波作為載波來傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實現(xiàn)信息傳輸，達到通信目的的一種最新通信技術。

通信的發(fā)展過程是以不斷提高載波頻率來擴大通信容量的過程，光頻作為載頻已達通信載波的上限，因為光是一種頻率極高的電磁波 ，因此用光作為載波進行通信容量極大，是過去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人們早就追求的目標，也是通信發(fā)展的必然方向。

纖維光學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：它傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、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；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優(yōu)點，可在特殊環(huán)境或軍事上使用。

纖維光學通信是以光波作為信息載體，以光學纖維（光纖）作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成纖維光學通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光學纖維除了按制造工藝、材料組成以及光學特性進行分類外，在應用中，光學纖維常按用途進行分類，可分為通信用光學纖維和傳感用光學纖維。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，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，被稱之為“有線”光通信。當今，光學纖維以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號衰減小，而遠優(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。

光纖是光信號的傳輸通道，是光纖通信的關鍵材料。

光纖由纖芯、包層、涂敷層及外套組成，是一個多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的對稱圓柱體。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， 用以保證光信號主要在纖芯里進行傳輸。 包層外面是一層涂料，主要用來增加光纖的機械強度，以使光纖不受外來損害。光纖的最外層是外套，也是起保護作用的。

光纖的兩個主要特征是損耗和色散。損耗是光信號在單位長度上的衰減或損耗，用db/km表示，該參數(shù)關系到光信號的傳輸距離，損耗越大，傳輸距離越短。多微機電梯控制系統(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)，光纖與動插頭相連。

在光纖中傳輸?shù)墓庑盘栐诒晃C系統(tǒng)所接收前，首先要還原成相應的電信號。這種轉(zhuǎn)換是通過光接收器來實現(xiàn)的。光接收器的作用就是將由光纖傳送過來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再把該電信號交由控制系統(tǒng)進行處理。 光接收器是根據(jù)光電效應的原理，用光照射半導體的 PN結(jié)，半導體的 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，從而將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。應用于光纖系統(tǒng)中的半導體接收器主要有半導體光電二極管，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變成電信號，而且能把電信號放大，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用最為廣泛。2100433B

纖維光學元件開發(fā)的重要課題是 接續(xù)、連接器和開關。

開發(fā)出多種纖維光學開關。設計用于單模光纖和PANDA 光纖 。 這些高精度纖維光學開關在許多纖 維光學系統(tǒng)中都非常有用。

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

光纖的各種應用對于纖維光學技術的未來開發(fā)將十分重要。纖維光學技術的實際應用為纖維光學傳感器。它們是纖維光學陀螺儀和光時域反射儀(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)帶來新應用。將孤子應用于OTDR系統(tǒng)，可望實現(xiàn)高分辨率。且通過引入時間分辨頻譜反射儀概念，實現(xiàn)非線性脈傳播的空間分辨率。

纖維光學陀螺儀可能是最受歡迎的一種纖維光學傳感器。

纖維光學技術的其它應用，如導彈、有機晶體的非線性光學取樣設備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、所用材料的生物醫(yī)學應用及其開發(fā)的前景十分廣闊。 2100433B

《纖維光學開關(第1部分):總規(guī)范(可供認證用)(GB 12511-1990)》由中國標準出版社出版。2100433B