第19章
B 光纤通信的优点
利用一根玻璃光纤引导的光载波通信有许多突出的优点，其中的一些优点在最初构思这种技术时就已经显而易见了。然而，当今的技术发展已经超越了当初最乐观的预测，产生了另外一些优势。因此，有必要考虑光纤通信与许多传统电子通信相比带来的优点和专业特色。本文先介绍最初预想的优点，接着介绍随着科技发展而出现的另外的突出优点。
a）巨大的潜在带宽：
频率为1013到1016 Hz（通常接近大约1014Hz红外线的频率）的光载波产生比金属电缆系统（如同轴电缆的带宽最高为500MHz）甚至毫米波无线电系统（例如系统当前工作在700MHz调制带宽）大得多的潜在传输带宽。目前，光纤系统可以用带宽并没有被完全利用，但是，不需要中继器而传输100Km的几Ghz的调制和传输300km的几百Mhz的调制是可能的。光纤系统的信息携带能力远优于最好的铜电缆系统。比较而言，宽带同轴电缆系统在100Mhz以上带宽内的损耗将传输距离限制在只有几千米的范围内。
虽然可以利用的光纤带宽可以被进一步扩展到光载波频率，但是很明显这一参数（可用带宽）被单个光载波信号所限制。因此，通过在同一个光纤中并行传输几个工作在不同的中心波长的光信号可以实现带宽利用率的很大提高。利用波分复用技术，尤其是密集波复用（或者说，实质上的频分复用）使得光纤的信息载容量超过电缆或者宽带无线系统好多个数量级。
b）小尺寸和轻重量：
光纤的直径非常小，通常比头发丝的直径还要细。因此，就算这些光纤被涂覆层包裹时，它们都要比铜电缆直径更小并且重量更轻。这对于缓解城市的管道拥挤而言占有很大的优势，并且允许在移动体（如飞机、卫星甚至船舶）内进行信号传输。
c）电绝缘：
由玻璃或者塑料聚合物制造的光纤是电绝缘体，因此与其他对应的金属物不同，它们不存在接地循环与接口问题。而且，该优点使得光纤十分适宜于在对电子比较敏感的危险环境中的通信，因为光纤在受侵蚀或者短路的情况下不会产生电弧或者电火花的危险。
d）抗干扰和无串话：
光纤形成了一种绝缘波导，因此可以避免电磁干扰、无线电频谱干扰及瞬时开关产生的电磁脉冲。因此在通过电噪声环境时，光纤通信系统的工作不会受到影响，而且光纤不需要屏蔽电磁干扰。如果工作在高空而不是在地下，光纤也不容易遭受雷击。此外，在光纤之间没有光干扰。与采用电导体通信不同，即使许多光纤拧合在一起，串话都是可以忽略的。
一种用在微波波段中传输电磁波的装置,用于无线电通讯、雷达、导航等无线电领域。使电磁波的能量在波导内部传输，使得能力集中电磁波的能量发散不到外面去。
e）信号保密：
光纤中的光辐射不明显，因此光纤可以提供高度的信号安全性。和铜电缆情况不同，被传输的光信号不能被以非入侵的方式(也就是，不损失光的功率的情况下)从光纤中获取。因此从理论上讲，任何获取传输的光信号的企图都可以被检测到。该特性在军事、银行及基本数据传输（如计算机网络）应用方面具有明显的吸引力。
f）低传输损耗：
在过去的二十年中，光纤的发展导致了光缆的产生。光缆与最好铜导体相比具有非常低的衰减或者说是传输损耗。生产的光纤的损耗低于0.2B/km，这是光纤通信的最大的优势。这（低损耗）有利于具有极宽的中继距离的（没有中间设备的情况下实现很长的传输距离）通信链路的实现，从而降低了系统成本和复杂性。低损耗再加上光缆的大容量调制带宽使得大部分长途电信应用都采用光纤通信的方式。
g）结实而柔韧：
虽然光纤的保护性外层是必不可少的，但是光纤本身具有非常大的拉伸强度。可能非常令人吃惊的是，作为一种玻璃类物质，光纤可以被弯曲成非常小的半径的圆圈或者被扭曲而不会受到损坏。此外，光缆结构被开发出来，并证实光缆的结构很柔韧、很紧密以及很结实。考虑到数量和重量，一般来说光缆在存储、运输、处理及安装方面都优于相应的铜，而其强度和耐用性至少与铜缆相当。
h）系统可靠和维护方便：
这些特性最主要来源于光缆的低损耗特性，低损耗减少了提高信号强度的中继器或者线性放大器的数量。因此，在使用较少中继器的情况下，系统的可靠性比传通电子导体系统普遍提高。此外，随着20至30年预计寿命的普及，光学元件的可靠性已经不成问题了。这两方面因素使得很容易降低维护的时间及成本。
i）潜在的低成本：
通常作为光纤传输的媒质的玻璃是由沙子制造的——沙子并不是一种稀有资源。因此，相较于铜导体，光纤提供了低成本线路通信的潜能。虽然近几年这种潜能已经在光纤传输介质的成本上实现了，通过批量购买的方式光纤传输介质已经能够和铜电线（如双绞线）相竞争，然而在和光纤通信相关联的其他元件部分，这种低成本潜能并没有得以实现。比如，高性能半导体激光器、光电二极管检测器以及一些与连接技术相关的器件（可拆卸连接器，耦合器等）的成本仍然相对较高。
然而，由于光纤传输媒质的低损耗特性和宽带特性，在长途链路上采用光纤通信时整个光纤通信系统的成本要远远低于相应的电线系统的成本。如（f）段所指出的，中继器和相关电子器件的需要减少了，从而产生了巨大的成本优势。虽然在长途链路中这种成本的优势获得了净利润，但在短途链路上并非总是这样。这是因为在短途链路中，光电转换（反之亦然即电光转换）带来的附加成本起到了决定性的作用。然而，在运输、管理、安装与维护以及在（c）（d）中所提到的优点上存在其他可能的成本优势，这些优势在系统的选择中都是有意
义的。
光纤通信成本的降低不但能够与电线传输系统相竞争，而且还能与微波和毫米波无线传输系统相竞争。虽然微波和毫米波无线通信系统具有相当宽的带宽，但是相对较短跨度的“视距”传输使得必须每隔不到几十千米的距离安装昂贵的天线塔。因此在大部分工业社会中，光纤迅速成为主要的传输媒质。
因此，由光纤组成的传输媒质内的光波载波的应用提供了很多的益处。产生这些改进的性能特性的基本原理将以及基本原理的实现将在以下章节描述。在此仍然假设已经对光的基本原理及特性有了一定的了解。
