光纤通信的传输特性及应用分析

2015-03-26河北海通伟业通信技术有限公司郑立士

电子世界 2015年15期

河北海通伟业通信技术有限公司郑立士

光纤通信的传输特性及应用分析

河北海通伟业通信技术有限公司郑立士

光纤通信传输以其优良的传输特性，一经兴起便迅速赢得广大通信商的青睐，在世界各地均广泛应用。要想更好地利用光线通信为人类造福，就必须深入地了解其传输特性和损耗特征。通过分析光线通信传输的传输特性，解析了光纤通信的优势所在和损耗规避的方法，并提出了光纤通信传输的应用前景。

光纤通信；传输特性；损耗

光纤通信是以光波作为信息的载体进行信息传输的一种通信方式，在近些年来得到了快速的发展和应用。由于光纤通信具有宽频带、大容量、耗损低、抗干扰能力强等优势，一经兴起便迅速蔓延开来，在全球范围内广泛应用。作为当前最具前景的通信方式之一，光纤通信有着众多其它传播方式不具备的特性，使得光纤通信正在成为当前信息技术革新的重要标志，并在未来的信息产业中占有重要地位。

1 光纤通信的传输特性

光纤通信传输的根本任务是要完成信号的快速、可靠地输出，因此，在应用光纤通信传输的时候必须对光纤通信的传输特性及影响其传输特性的因素进行充分认识，以便在生产加工光纤线缆及其设备的过程中能够有意识地对其进行合理优化，以进一步改善光纤通信的质量。

1.1 光纤通信的损耗特性

1．1．1 吸收损耗

光纤信号在传输过程中会遇到一些具有能够吸收光波材质的材料，这些材料会吸收光纤通信传输过程中的光波信号，进而引起光波信号的衰减，形成损耗。同时，由于光波信号是一种能量的形式存在和传输的，在其整个输出过程中也会被消耗或转化掉部分能量，形成的损耗也称之为吸收损耗。光纤材料与普通的铜线线缆不同，其玻璃材质能够吸收光波并转化光波的能量，也就是说光纤材料本身就具有吸收光波信号的能力，这种材料本身的特性称之为本征吸收特性，其带来的信号损耗也称为本征损耗。虽然一定程度上的吸收损耗不可避免，但是光纤材料的信号吸收也是呈现出一定规律的，充分认识并利用这一规律可以在很大程度上降低材料吸收所引起的损耗。光波被材料吸收的波长范围集中在红外区和紫外区，而紫外区0.1mm范围之内的光波通常更容易被吸附，在1mm～1.6mm之外的区域，光波的损耗明显减少，也就是说有光波吸收最弱的区域存在。

此外，影响光纤传输本征损耗的还包括光纤自身存在的杂质，包括金属屑、水汽等，这些杂质比玻璃材质的吸收性更强，在光纤传输的过程中严重影响着光纤信号的传输效果。例如，金属碎屑具有很强的导电性，容易电离水汽中的氢氧根离子，光波信号在受到带电的氢氧根粒子时最容易被吸收，进而引起传输信号的损耗。因此，在光纤缆线的制造过程中，应竭力避免出现金属杂质和水分残留，但是这在光纤线缆和设备的制造加工过程中一直是技术难点。

1．1．2 散射损耗

光纤中的传输信号是光波，折射和散射是光的特性，在遇到一些不均匀的材料质地或受到微粒的干扰，光信号就会发生折射现象，进而引起光波信号的衰弱，形成损耗，称之为散射损耗。散射是由于光的特性所引起的，也是一种被人们所熟知的物理现象。在光纤线缆中的散射主要是由于光纤材料的不均匀所致，要想进一步降低光波信号的散射损耗，只能通过提高光纤材料的质量来实现。

1．1．3 结构不均匀散射损耗

除了前面所介绍的散射损耗外，还存在着一些别的形式的散射损耗，其中以结构不均匀所导致的信号损耗最为常见。光纤线缆本身也是由一些特质材料所组成，假使光纤的传输芯子与其包层的间距设置不合理，或者存在着严重的不平整现象，就会使得光纤在传输的过程中持续发生折射和散射，形成大量的光波损耗。光波信号在线缆中纵向传输，由于光纤结构的缺陷导致其内部结构在传输线路中不断变化，会使得光波信号不断地衰减，严重影响着光纤的传输效果。实际上，这种结构本身的缺陷是能够利用制造技术和施工工艺进行弥补和改善的。随着光纤通信传输技术的快速发展，结构不均匀散射损耗已经能够被控制在很小的范围内。

1．1．4 弯曲损耗

光纤线缆作为光波信号的传输载体，承载着运输光纤信号的主要职责。在光纤线缆的敷设过程中会出现一定的弯曲，引起广信芯子的弯曲，使得光波传输过程中出现不必要的反射，形成损耗，这种意义上的损耗实际上可以称作是辐射损耗。当光纤玻璃的弯曲超过信号传输所需求的条件时，位于光纤线缆弯曲时两侧的光纤线缆会对光波信号产生一定程度上的干扰，进而导致对光纤信号的衰减。因此，线缆弯曲会对光纤信号传输造成一定的损耗，称之为弯曲损耗。但从根本上来看，弯曲损耗并不是由于物理作用而导致的。弯曲损耗作为光纤信号传输的一种干扰，是能够通过改进施工工艺加以避免的。从理论上来说，只要光纤线缆弯曲半径足够大，其产生的弯曲损耗就能够忽略不计。因此，在线缆的施工过程中，应密切关注线缆的弯曲度都控制在反射干扰范围以外。

1.2 光纤的色散特性

光纤的色散是指光纤所传输信号的不同模式或不同频率成分，由于其传输速度的不同，从而引起传输信号发生畸变的一种物理现象。换句话说，光纤的色散特性是指光波信号在传输过程中，由于信号的模式、频率等不同，在传输过程中的速度也会有所差异，其信号到达终端的时间存在差别，有的频率的信号速度快，先到达，速度慢的后到达，形成了一定的延时，这种延时差别可以称作是光纤的色散。光纤传输距离越长，这种信号延迟的现象越明显，表现出来就是信号颜色上的差异。当光纤信号的色散现象过于明显时，就会影响信号传输的效果。通常情况下，光纤通信系统均使用了数字通信方式，这种方式下发出的数字脉冲信号在传输一段距离后，其信号内的各频率成分逐渐散开，整个光脉冲信号被分散成多股，并且各股间会形成干扰，甚至彼此重叠在一起，使得原始信号产生了变化，在解码过程中误码率上升，导致通信信号传输效果严重受损。为了解决这种光波信号的色散所造成的信号质量下降，应当对信号传输脉冲间的码间距离加大，减少单位时间的脉冲数量，降低单位时间内的通信容量。同时，寻找优质的、色散小的光纤，也是未来光纤传输设备发展的主要方向之一。