光纤通信系统的基本结构与特点

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：光纤通信系统的基本组成如图9.2所示，它包括了电发送、电接收、光源、光检测器、光纤光缆线路几部分。图9.2光纤通信系统组成图9.2给出的是一个单向传输的系统，反向传输的结构是相同的。光纤通信系统由于采用了光纤传输信号实现通信，因此，和其他通信系统相比其具有一系列独特的优点，主要如下。因此光纤通信在许多特殊环境中得到了广泛的应用。光纤通信的这些优点使其成为当今信息领域的重要支柱。

光纤通信是以光波为载波、以光纤（即光导纤维）为传输媒质的通信方式。

光纤通信系统的基本组成如图9.2所示，它包括了电发送、电接收、光源、光检测器、光纤光缆线路几部分。

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图9.2　光纤通信系统组成

图9.2给出的是一个单向传输的系统，反向传输的结构是相同的。在发送端，电发送部分对来自信息源的信号进行处理，如模/数变换、多路复用等，并对光源的光载波进行调制，把电信号转换成光信号，并且耦合到光纤中去，光纤通信系统中的光源有半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）两类；光信号通过光纤传输至接收端；在接收端，光检测器对经过光纤传输过来的微弱的光信号进行检测，把光信号转换成电信号，光检测器一般有半导体PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD）两类，电信号通过电接收部分对电信号进行放大、整形、再生等处理，恢复成原信号。对于长距离的光纤通信系统，为了补偿光纤线路损耗和色散造成的信号衰减和畸变的影响，每隔一定距离需要接入中继器，其作用是把经过衰减和畸变的光信号放大、整形、再生成一定强度的光信号，送入光纤继续传输，以保证整个系统的通信质量。

光纤通信系统中由于采用了电—光、光—电的变换，可以采用光纤而不是电缆来传输信号。因为光纤的带宽和损耗性能比电缆要优越得多，即光纤的带宽比电缆要宽、损耗比电缆要小，因而光纤通信系统不但可以在长途干线上发挥作用，而且在本地网、接入网等传输网络中得到广泛的应用。

光纤通信系统由于采用了光纤传输信号实现通信，因此，和其他通信系统相比其具有一系列独特的优点，主要如下。

（1）频带宽，通信容量大

现在单模光纤的带宽可达5 THz·km 量级，有着极大的传输容量。值得提出的是：光纤具有极宽的潜在带宽。如将光纤的低损耗和低色散区做到1.45～1.65μm 波长范围，则相应的带宽为25 THz。

（2）传输损耗低，中继距离长

光纤的传输损耗很低，石英光纤在1.55μm 波长处的传输损耗已可以做到0.2 dB/km，甚至达0.15 d B/km，这是以往任何传输线都不能与之相比的。损耗低，无中继传输距离就长。一般光纤通信系统的无中继传输距离为几十千米，甚至可达一百多千米，比电缆系统的中继距离大很多。

（3）抗电磁干扰

大多数光纤是由石英材料制成的，它不怕电磁干扰，也不受外界光的影响。强电、雷电等也不会影响光纤的传输性能，甚至在核辐射的环境中光纤通信也能正常进行，这是电通信所不能比拟的。因此光纤通信在许多特殊环境中得到了广泛的应用。

（4）光纤通信串话小，保密性强，使用安全

光在光纤中传输时，光波集中在光纤芯子中传输，向外泄漏的光能很小。同一根光缆中的光纤之间不会产生干扰和串话，因而保密性好，使用安全。

（5）体积小，重量轻，便于敷设

光纤细如发丝。其外径仅为125μm，套塑后的外径也小于1 mm，加之光纤材料的比重小，成缆后的重量也轻。例如，18芯架空光缆（或管道）重量约为150 kg/km，而18管同轴电缆的重量约为11 t/km。经过表面涂覆的光纤具有很好的可绕性，便于敷设，可架空、直埋或置入管道，可用于陆地或海底，在飞机、轮船、人造卫星和宇宙飞船上也特别适用。

（6）材料资源丰富

通信用电缆的主要材料为稀有金属铜，其资源严重紧缺。而石英光纤的主体材料是SiO2，材料资源丰富。

（7）系统可靠和易于维护

这主要源于光纤光缆的低损耗特性降低了对中继器或线路放大器的需求。因此，可以使用较少的光中继器或放大器，与传统的传输系统相比，系统的可靠性通常得到提高。此外，光器件的可靠性已不再是一个问题，一般的器件寿命可以达到20～30年。这两个因素使得维护时间和系统的成本得到降低。

光纤通信的这些优点使其成为当今信息领域的重要支柱。光纤通信的发展日新月异、一日千里，新的系统、器件不断涌现，为光纤通信不断注入新的活力，使其在通信领域占据了重要的地位。

光纤通信系统的基本结构与特点

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