光纤通信基本工作原理

光纤通信的基本原理

光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。

由发光二极管 LED 或注入型激光二极管 ILD 发出光信号沿光纤传播，在另一端则有

PIN 或 APD 光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。

光纤类型

根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即 G.652 常规单模光纤、 G.653 色散位移单模光纤和 G.655 非零色散位移光纤。而其中的 G.65 3 光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，在我国的干线网上几乎没有应用。 G.655 光纤中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等。 G.652 单模光纤：在 C 波段 1530 ～ 1565 nm 和 L 波段 1565 ～ 1625nm 的色散较大，系统速率达到 2.5 Gbit/s 以上时，需要进行色散补偿，在 10 Gbit/s 时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。 G.653 色散位移光纤：在 C 波段和 L 波段的色散很小，在 1550nm 是零色散，系统速率可达到 20 Gbit/s 和 40 Gbit/s ，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用 DWDM 扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（ FWM ），导致信号串扰，因此不太适用于 DWDM 。 G.655 非零色散位移光纤：在 C 波段和 L 波段的色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频，也可以开通高速系统。新型的 G.655 光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的 1.5 ～ 2 倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。

1 摘 要

光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。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，必将成为21世纪最重要的战略性产业。

关键词：通信系统 光导纤维

Abstract

Optical fiber communication system is based on the carrier, the use of high

purity glass drawn into very fine optical fiber as a transmission medium by

photoelectric conversion, light to transmit information in communication

systems. With the Internet business and communications industry, the rapid

development of information technology to the world's productive forces and the

development of human society has brought great promotion. Optical fiber

communication technology as the main pillars of information, one will become

the 21st century's most important strategic industry.

Keywords: optical fiber communication system

2 目 录

数字光纤通信

1、概述

八十年代dB/km2.0低衰减光纤的出现 光纤带宽的提高以及InGaAsP长波长激光器 PIN管和APD管的研制成功推动了光纤通信的快速发展。

近几年来 数字光纤通信向越来越广泛的应用领域和更高级阶段发展。大容量，长距离的数字光纤通信传输系统正在逐步取代传统的电缆传输通信系统。这是因为数字光纤通信具有明显的优势：如传输带宽很宽，通信容量大，不受电磁场干扰，抗腐蚀和抗辐射能力强，重量轻等。

数字光纤通信的基本原理是将数字通信中的数据传输信号首先经过电/光转换变换成光脉冲数字信号，然后通过光纤光缆传输到数字通信的接收端，最后再经过光/电转换、放大、均衡与定时判决再生成传输的数据信号。这一变换过程如图1所示，光发送机中的光源器件接收数字信号的调制(激光器LD 或发光二极管LED)发射光脉冲信号。光接收机完成光/电变换，即由光检测器(PIN光电二极管或雪崩光电二极管APD)把光信号变成电信号，经光接收器放大、均衡再生成数字信号。

光发射机光接收机数据信号数据信号光纤线路

图1 数字基本光纤传输系统

2、数字光发送机

光发送机是数字光纤通信系统的三大组成部分(光发送机、光纤光缆、光接收机)之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件发射出去。光发送机原理方框图见图2所示，主要由整形或码型变换电路、光源驱动电路和发射光源电路组成，图中的其它部分电路，如光检测放大、比较放大、功控与保护及温度控制电路，是为了实现光发射机的各项技术指标结合光源器件的应用特性而采取的相应补偿措施。 光源驱动发射光源温度控制光检测放大比较放大功率控制与保护整形/码型变换数字电脉冲信号光脉冲信号

图2 数字光发送机原理框图

光源是光发射机的核心，光发射机的性能基本上取决于光源的特性。在光纤通信中对光源的选择要求如下：

(1) 发光波长应与光纤的低损耗窗口相符。已知石英光纤的3个低损耗窗口分别是m85.0、m31.1、m55.1左右，光源的发光波长应在上述之一的范围内。

光纤通信的基本原理

光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。

由发光二极管 LED 或注入型激光二极管 ILD 发出光信号沿光纤传播，在另一端则有

PIN 或 APD 光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。

光纤类型

根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即 G.652 常规单模光纤、 G.653 色散位移单模光纤和 G.655 非零色散位移光纤。而其中的 G.65 3 光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，在我国的干线网上几乎没有应用。 G.655 光纤中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等。

G.652 单模光纤：在 C 波段 1530 ～ 1565 nm 和 L 波段 1565 ～ 1625nm 的色散较大，系统速率达到 2.5 Gbit/s 以上时，需要进行色散补偿，在 10 Gbit/s 时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。

G.653 色散位移光纤：在 C 波段和 L 波段的色散很小，在 1550nm 是零色散，系统速率可达到 20 Gbit/s 和 40 Gbit/s ，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用 DWDM 扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（ FWM ），导致信号串扰，因此不太适用于 DWDM 。