监控用光纤传输怎么判断光纤好坏

第三节　光纤通信技术

现代通信革命不仅依赖于激光器的发明，而且依赖于光纤的发展。简单地说，光纤通信就是运用光反射原理，把光的全反射限制在光纤内部，用光信号传输取代传统通信方式中的电信号传输。

光纤

1.结构

光纤即光导纤维，是由纤芯、包层、涂层和套塑三部分组成。光纤芯的直径为5～50μm，包层的直径为125μm，与头发丝粗细差不多。纤芯中只能传输一种模式的称为单模光纤，可以有多种不同的传输模式，叫多模光纤。通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃，但两区域中掺杂情况不同，因而折射率也不同。纤芯的折射率一般是1.463～1.467，包层的折射率是1.45～1.46左右。也就是说，纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。

实际使用的光纤，一般不是一根光纤组成的，而是由许多光纤聚集在一起组成，称为光缆。光缆中的光纤是成对使用的，一根用于发送，另一根用于接收。光缆中的光纤数一般采用6芯、12芯，甚至24芯、48芯，其中有保留的几对作为备用。

2.传输

根据全反射条件，当纤芯内的光线入射到纤芯与包层的交界面时，如果入射角大于临界角（θ_c＝arcsin（n₂/n₁），n₁、n₂分别为纤芯和包层的折射率），就会在纤芯内发生全反射，光就会全部由交界面偏向中心。当碰到对面交界面时，又全反射回来，光纤中的光在芯包交界面上，不断地来回全反射，传向远方，而不会漏射到包层外面（图5）。

图5　光纤传输

光在光纤传输过程中存在材料色散和模间色散，这影响了光纤传输速度和大容量的通信。通过变换光纤材料和改进光纤结构可以降低光纤的色散影响。对模间色散，可采用渐变型梯度折射率光纤，即纤芯的折射率是半径r的反比例函数，随着r的增加，折射率逐渐变小，在纤芯与包层的界面处，降至最小但仍大于包层的折射率。对于材料色散，因为石英材料对1.3μm波段的色散几乎为零，用石英材料作光纤，选1.3μm波段的光波作载波，可以把材料色散降至最低。

光纤通信

光纤通信属于有线光通信，其原理与有线通信的相似，光纤通信系统主要包括光发射机、中继机和光接收机三部分，图6所示为简化的光纤通信系统原理示意图。

图6　光纤通信系统的原理示意图

1.光发送机

图6中的光发射机是实现电光转换系统，其中电端机包括电发送机和电接收机。发送机的任务是将模拟信号（话音、图像等信号）转换为数字信号，完成编码，然后由电接收机将数字信号进行分解，还原成模拟信号。

光端机包括光发送机和光接收机，前者是将传来的电信号，变成适合驱动光源发光的信号，使激光光源发光。这就实现了电光转换，然后将接收的光信号耦合进光纤，传输出去。光源一般采用光电二极管和半导体激光器。光发送机的重要参数之一是输出光功率要大，输出光功率越大，输出的光信号损耗越小。

2.中继机（光纤放大器）

因为信号在光纤传输中会由于光纤的色散、吸收等使信号衰减、变形，所以必须每隔几十公里就需要有一个中继机把减弱、畸变的光信号复原。

中继机中的光探测器把已变弱和畸变的光信号变成电信号，经判断再生装置复原处理，再驱动光源再生出复原的光信号，送入光纤继续传播。在现代光纤通信中，一般用光纤放大器代替上述的中继机。研制成功的掺铒光纤放大器，用它替代中继机是光纤通信技术中的一项重大突破。

3.光接收机

光接收机把接收到的光信号经光探测器转换成电信号，再经过放大器放大，送入电接收机进行解码和重建，使之恢复成原来的信号，传送给电接收机。

因为通信是都是双向的，即一方发出信号，同时也接收对方发来的信号，所以，光端机和电端机一一对应，组成光纤通信系统。

光纤通信的独特优点

光纤通信有一系列独特优点：信息容量大、传输损耗小、传输距离长、材料干净、资源丰富、不易腐蚀、抗电磁干扰等。

在光纤通信中，优质的光源、高灵敏度、高质量的光探测器和低损耗、低色散光纤的研制成功已使光通信向长距离、大容量及互联网化方向发展成为可能，所以光纤、光源和光探测器在光纤通信中非常重要。虽说用现代技术制造的光纤是激光束的低损耗传输线，但仍免不了有一定的能量损耗，为扩大长距离光纤通信的容量，人们还是要不断地寻找新技术，光孤子通信就是一项重要的新技术成果。

光孤子通信

光孤子是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲。所谓光脉冲，其实是一系列不同频率的光波振荡组成的电磁波的集合。一束光脉冲包含许多不同的频率成分，在介质中的传播速度也不同，因此，光脉冲在光纤中将发生色散，形成脉冲展宽，使得信号畸变失真。

而同时，光信号在光纤中还有一种非线性的特性，这种特性会使光信号的脉冲产生压缩效应，即介质的折射率随光强度变化时，导致在光脉冲中产生自相位调制，使脉冲前沿产生的相位变化引起频率降低，脉冲后沿产生的相位变化引起频率升高，于是脉冲前沿比其后沿传播得慢，从而使脉宽变窄。如果有办法使光脉冲变宽和变窄这两种效应正好互相抵消，光脉冲就会像一个一个孤立的粒子那样形成光孤子，能在光纤传输中保持不变，实现超长距离、超大容量的通信。

光孤子的特点决定了它在通信领域的应用前景。光孤子通信是实现超长距离高速通信的重要手段，它被认为是第五代光纤通信系统。

近年来美、日、英等国相继进行了光孤子通信实验，取得重要进展。但实现用光孤子作通信载坡，真正实用化还需解决一系列具体问题，如对激光器输出的激光波长、脉冲功率和形状都有较高要求。人们相信在不久的将来这一技术一定会被推广和应用。

除了光孤子通信，目前研究的重点方向还有：相干光纤通信系统、量子光通信系统等。