浅谈光纤通信基本原理
李华
（电子信息学院，学号：[1**********]98）
摘要：所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的广播以达到通信的目的。本文论述了光纤通信的基本原理，并说明了光纤通信系统的构成，光纤通信有着美好前景，随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一。
关键词：光纤；通信原理；光纤通信系统
Abstract:Theso-calledopticalfibercommunicationistheuseofopticalfibertotransmitinformationbroadcasttoachievethepurposeofcommunication.Thispaperdiscussesthebasicprincipleofopticalfibercommunication,andillustratesthestructureoftheopticalfibercommunicationsystem,opticalfibercommunicationhasabrightfuture,withtherapiddevelopmentoftheInternetbusinessandcommunicationsindustry,informationtechnologyhasbroughtgreatimpetustotheproductiveforcesoftheworldandthedevelopmentofhumansociety.Opticalfibercommunicationasoneofthemaintechnicalpillars.
能跑出光纤以外。
7)光缆适应性强，寿命长。
1.光纤通信基本原理
1.1光纤通信的优点
光纤通信技术(opticalfibercommunications)从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。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送工具。
1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。
2)信号干扰小、保密性能好；
3)抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。
4)光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；5)材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。
6)无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不
1.2光学通信原理
基本的光纤通信系统是由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据是数字,声音,图像等各种信号的数字化。光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号,先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤,还有中继放大器EDFA等;而光学接收机则接收光信号,并从中提取信息,然后转变成电信号,最后得到对应的话音、图像、数据等信息。
1.3光纤通信系统组件
（1）光发信机
光发信机是实现电/光转换的光端机.它由光源、驱动器和调制器组成.其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输.电端机就是常规的电子通信设备.
（2）光收信机
光收信机是实现光/电转换的光端机.它由光检测器和光放大器组成.其功能是将光纤或光缆传输来的光信号,经光检测器转变为电信号,然后,再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平,送到接收端的电端汲去.
（3）光纤或光缆
光纤或光缆构成光的传输通路.其功能是将发信端发出的已调光信号,经过光纤或光缆的远距离传输后,耦合到收信端的光检测器上去,完成传送信息任务.
（4）中继器
中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成.它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性.
（5）光纤连接器、耦合器等无源器件由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km).因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题.于是,光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合,对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的.
备用系统与辅助设备
了确保系统的畅通,通常设置都有备用系统,就好比对磁盘的备份.正常情况下只有主系统工作,一旦主要系统出现故障,就可以立即切换到备用系统,这样就可以保障通信的畅通和正确无误.
辅助设备是对系统的完善,它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等.
其中,监控管理系统可对组成光纤传输系统的各种设备自动进行性能和工作状态的监测,发生故障时会自动告警并予以处理,对保护倒换系统实行自动控制.对于设有多个中继站的长途通信线路及装有通达多方向、多系统的线路维护中心局来说,集中监控是必须采用的维护手段.
近代光通信的真正发展则只是近三四十年的事,其中起主导作用的是激光器和光纤的诞生.首先是1960年Maiman发明了红宝石激光器,激光器产生的强相干光为现代光通信提供了可靠的光源.这种单波长的激光具有普通无线电波一样的特性,可对其调制而携带信息.利用激光的早期光通信也是通过大气传输的.但很快发现,许多因素如雾、雨、云,甚至一队偶然飞过的鸟,都会干扰光波的传播,因而只能作短距离通信用c显然,需要一种像射频或微波通信的电缆或波导那样的光波通信传输线,以克服这些影响,实现信息的长距离稳定传输.
1965年,E.Miller报导了出金属空心管内一系列透镜构成的透镜光波导．可避免大气传输的缺点,但田其
结构太复杂且精度要求太高而不能实用.而另一方面,光导纤维的研究正在扎实进行.早在1951年就发明了医疗用玻璃纤维,但这种早期的光导纤维损耗太大(大于1000dB/km),也不能作为光通信的传输媒质.1966年,C．K.Kao和G．A.Hockman发表了对光纤通信发展具有历史意义的著名论文.他们在分析了造成光纤传输损耗高的主要原因后指出,如能完全除去玻璃中的杂质,损耗就可降到20dB／km——相当于同轴电缆的水平,那么,光纤就可用来进行光通信.在这种预想的鼓舞下,Corning公司终于在1970年制出了20dB/km损耗的光纤,从而为光纤通信的发展铺平了道路.对光纤谱特性的研究发现,它有3个低损耗的传输窗口,即850nm的短波长窗口和1300nm、1500nm的长波长窗口.而后,随着新的制造方法的出现及工艺水平的不断提高,光纤损耗不断降低。
2.光纤通信的信道复用技术
2.1波分复用
所谓的波分复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）其本质上也是频分复用而已。WDM是在1根光纤上承载多个波长（信道）系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。
2.2空分复用
空分复用（SDM，SpaceDivisionMultiplexing）即多对电线或光纤共用1条缆的复用方式。
2.3时分复用
时分复用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片（简称时隙），并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。
3.一根光纤实现全双工通信
3.1波分复用技术
在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用（frequency-division
multiplexing,FDM）技术和光波分复用（WDM）技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光信道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。
3.2波分复用技术的应用
光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器（也称合波/分波器）分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型，介质膜型，光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常，由于光链路中使用波分复用设备后，光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长L1,L2通过同一光纤传送时，在与分波器中输入端L2的功率与L1输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。
目前，由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高，技术实施有一定难度，同时多纤芯光缆的应用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的局面，因而WDM的实际应用还不多。但是，随着有线电视综合业务的开展，对网络带宽需求的日益增长，各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等等，WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来，表现出广阔的应用前景，甚至将影响CATV网络的发展格局。一般的WDM复用设备具备至少两种或两种信号以上。可分为两波、四波、八波、十六波等。以两波为列下设带光/电模块的switch音频信号可设PCM设备和转换接口设备。一般提供两路备份。
参考文献：
[1]唐宏亮.浅议光纤通信原理及其发展趋势[J].科技风,2010,(14):254-255.[2]张国鸿.浅谈光纤设备通信原理及其布线技术[J].港口科技,2008,(05):27-29.