光纤参数对光通信的影响

1光纤参数对光通信的影响光电信息科学系光信息科学与技术专业122662011055施少智指导教师苏宝玺杨文琴【摘要】光纤通信技术的问世与发展给世界通信业带来了革命性的变革。特别是经历近年的研究开发光纤、光缆、器件系统的品种不断更新性能逐渐完善,已使光纤通信成为信息高速公路的传输平台。为了满足现代通信系统的需求，需对系统的传偷性能进行规划和设计。本文介绍光纤的种类及发展史，并通过实验验证光纤的衰减、色散、数值孔径及连接错位对光通信的影响以及对其进行改善，以这些信息作为指南，对于实施光纤通信设计的人员十分有用，同时，也有利于系统分析人员对系统的质量及效果进行预判。Abstract:Withtheadventofopticalfibercommunicationtechnologytotheworldtelecommunicationindustryhasbroughttherevolutionarychange。Especiallyinrecentyears,theresearchanddevelopmentofopticalfiber,opticalcable,devicevarietiesconstantlyupdatedperformanceofthesystemgraduallyperfect,theopticalfibercommunicationhasalsobecometheinformationsuperhighwaytransmissionplatform.Inordertomeettherequirementsofmoderncommunicationsystem,needtostealtransferperformanceofsystemplanninganddesign.Thispaperintroducesthehistoryofopticalfiber,andexpoundstheattenuation,dispersionofthefiber,theinfluenceofthenumericalapertureofopticalcommunication.Withthisinformationasaguide,fortheimplementationofopticalfibercommunicationdesignpersonnelisveryuseful,atthesametime,alsoishelpfulforthesystemanalystonthesystemofthequalityandeffectofanticipation.【关键词】光纤通信系统；光纤参数；光纤损耗；光纤色散；光纤数值孔径KeyWord：FiberOpticalCommunicationSystem；parametersofopticalfiber；fiberloss；opticalfiberdispersion2目录1光纤通信的概述.......................................................错误!未定义书签。1.1光纤通信的概述.....................................................错误!未定义书签。1.2光纤通信技术的研究意义.............................................................31.3光纤通信发展史.....................................................................41.4光纤的分类.........................................................................52光纤参数及其对光通信的影响...........................................................62.1光纤的衰减及衰减系数...............................................................62.2光纤的色散.......................................................................132.3光纤的数值孔径....................................................................102.4光纤连接错位对光通信的影响........................................................183光纤通信技术的应用..................................................................193.1光纤通信技术在电力通信领域的应用.................................................193.2光纤通信技术在广电行业的应用......................................................203.3光纤通信技术在军事领域中的应用....................................................204结语...............................................................................21参考文献.............................................................................2231.光纤通信的概述1.1光纤通信的概述光纤通信是指以光波为载体，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维，以光导纤维作为传输的媒介，然后通过光电变换，运用光来传输信息的通信系统。光纤主要分为三个部分，即内芯、包层以及图层。内芯的直径一般在几微米到几十微米之间，包层主要是指内芯外面的一层，其主要目的就是为了保护光纤不受损害。在平常生活中见到的光线系统并不是单根的光纤，而是由许多光纤聚集在一起形成的光缆。光纤是由玻璃材料制成的电气绝缘体，因此即使接地也不会发生回路的现象。光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。如图1-1。光纤通信因其具有的大容量通信、远距离传输、信号串扰小、保密性能好、抗电磁干扰、传输质量佳、尺寸小、重量轻、难于窃听、光缆适应性强、寿命长，备受业内人士青睐，发展非常迅速。目前光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域，成为通信发展的主流。图1-1光纤通信系统基本组成图1.2光纤通信技术的研究意义随着社会的发展，人们对信息的需求呈指数上升，全球数据业务量几乎半年左右就翻一番。例如，IP网络（Internet）从20世纪90年代开始进入一个大发展时代，其用户数以165%的年增长率在全球扩展，到2014年上网用户数已达30亿左右，称为当前网络通信业务的主要增长因素。20世纪80年代光纤通信技术成熟并广泛应用，已经和正在为信息的扩容和IP网络的发展起着巨大的推动作用，面对广大用户对通信网络容量提出更高的要求，即为了满足数据通信大容量的需求，最佳的方案就是利用光纤给人们提供的约512THz巨大潜在带宽资源，将信息进行无阻赛的传输和交换，促使光纤通信的发展速度不仅超过了摩尔定律所限定的交换机和路由器的发展速度，而且超过了数据业务的增长速度，而成为支撑通信业务量增加最重要的技术。伴随中国城镇化等宏观经济政策调整，我国城乡每年旧城改造和新屋建设达到20多亿平方米，至少可以容纳2000万户新居或数百万个企业，为光宽网建设提供了几乎海量的外在条件。伴随信息化社会的发展，人们随时随地办公、生活、学习、购物、娱乐的内在需求日益凸现，建设安全的全光信息网络已经提升为国家战略。科学技术水平提升使光纤通信技术提供的服务质量能够不断的满足人们的要求。电信光纤通信技术发展趋势优势明显，传输速度快、传输容量扩大，并且在长距离下实现信息容量提升、完善全光网络系统。在未来、光纤通信技术发展状况下信息数据传输水平会在网络系统发展下实现高速发展。光纤通信技术发展具有重要的现实应用意义。1.3光纤通信的发展史1.3.1光纤通信系统发展至今经历四代升级[1]4第一代通信系统：1966～1976年是开发期，实现了短波长低速率多模光纤通信，波长为850nm，速率为34Mbit/s或45Mbit/s，衰减为1.5dB/km，无中继通信距离约10km。第二代通信系统：1976～1986年，以提高传输速率和增加传输距离为目标。采用1310nm和1550nm波长，单模光纤，速率为140～565Mbit/s，衰减为0.85dB/km，无中继通信距离为60km左右。第三代通信系统：1986～1996年，核心目标是超大容量与超长距离的传输。采用1550nm的长波长激光器，单模光纤，衰减为0.4dB/km，无中继通信距离为200km左右，速率可达2.5～10Gbit/s。第四代光纤通信系统：前三代的传输系统主要特征是在一条光纤里传输一个波长。随着技术的发展，能够多个波长复用在一起传输，因此增加频带利用率的WDM技术很快得以运用。所以，采用光放大器WDM传输系统形成了第四代光纤通信系统。1.3.2我国光通信的发展历程1977年，中国第一根短波长、阶跃型光纤诞生。1981年，开发出光纤通信用长波长光器件。1985年，汉宁PDH40Mbit/s光缆通信系统第一个以光纤为主的干线传输网。1993年，第一套565Mb/sPDH设备诞生。1996年，第一套2.5GSDH设备诞生。1997年，第一套DWDM系统诞生。1999年，第一套10GSDH系统和32X2.5GDWDM系统诞生。2000年，第一套32X10GDWDM系统诞生，在国内首次开发出DXC、OADM设备。2001年，全球第一套互联互通的全光网络设备诞生并开通实际工程。2002年，第一套1.6TDWDM系统诞生。2003年，第一套有完全知识产权的超长距离光传输系统（ULH）诞生。2004年，第一套具有商用水平的WDMULH和EPON系统、第一个实质性FTTH工程和第一个运营成功的国产FTTH工程诞生。2005年，中国第一个Tbps级DWDM（80X40GDWDM传输系统）诞生。2008年，中国成功研制出100G波分样机，在40G下一代技术领域获得突破性进展。2009年，3G发牌带来的中国通信业投资热，中国光通信工业走向全面景气。2010年，中国光器件商在10GPON模块研发和产业化上取得重大进展，部分已经开始批量出货。中国光纤通信经过了多年艰苦发展，目前已成为世界第一大光纤需求国、制造国和预制棒进口的国家。1.4光纤的分类1.4.1单模光缆单模光纤(SingleModeFiber)：中心纤芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。5后来发现在1310nm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1310nm正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。上面提到由于OHˉ（水峰）的吸收作用，900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰，该现象称为水峰。目前美国康普公司提供的TeraSPEEDTM零水峰单模光缆，正解决了此问题，TeraSPEED系统通过消除了1400nm水峰的影响