光纖通信技術(shù)中光的全反射原理的各種應(yīng)用研究目錄TOC\o"1-3"\h\u6322摘要 326015引言 414651第一章光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)原理 5142631.1光的全反射原理 5132721.2光纖的傳光原理 6271731.2.1射線光學(xué)理論分析法 6212161.2.2波動(dòng)光學(xué)理論分析法 84792第二章光纖的概述 9200392.1光纖的發(fā)展歷史 9119742.2光纖的結(jié)構(gòu) 916502.3光纖的分類 10153332.4光纖制造工藝 13118712.5光纖的接續(xù) 141511第三章光纖通信系統(tǒng) 14317703.1光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 15179343.2光纖通信系統(tǒng)的組成 15147823.2.1光纖 1593373.2.2光源 1591063.2.3光檢測(cè)器 16302973.2.4無源器件 1692203.2.5光放大器 1798393.3光纖通信的特點(diǎn) 17175563.4光纖通信的應(yīng)用 19253163.4.1光纖通信的應(yīng)用類型 1989343.4.2光纖通信的應(yīng)用環(huán)境 20摘要光纖是現(xiàn)代通信中一種極其重要的傳輸媒質(zhì),具有帶寬高、功耗低的特點(diǎn),受到人們的相當(dāng)重視。但是隨著我國(guó)現(xiàn)代無線通信的不斷進(jìn)步和發(fā)展,人們已經(jīng)對(duì)于光纖這一在無線通信領(lǐng)域中處于相當(dāng)重要地位的傳輸載體質(zhì)量有了新的要求。光通信技術(shù)發(fā)展至今,以光纖為主要傳輸媒體,稱之為光纖通信技術(shù)。1880年,貝爾(A.G.bell)發(fā)明了一種光通訊電話,在現(xiàn)代科學(xué)界被普遍認(rèn)為已經(jīng)是一種具有重要現(xiàn)代性和歷史意義的光電話通訊的起源。光纖通信技術(shù)和光纖的誕生只是起源于初中課本上的一個(gè)光學(xué)原理:光的全反射原理。本文主要在光的全反射原理的基礎(chǔ)上,向大家展示光纖通信技術(shù)與光纖的誕生,以及光纖通信技術(shù)以及光纖的各種應(yīng)用研究。關(guān)鍵詞:光的全反射原理、光纖、光纖通信引言隨著時(shí)代與科技的發(fā)展,香港中文大學(xué)的前校長(zhǎng)高錕最早提出了光纖應(yīng)用于現(xiàn)代通訊傳輸?shù)脑O(shè)想,并證明了光纖作為傳播介質(zhì)進(jìn)行光通信的可行性。隨著我國(guó)現(xiàn)代無線通信的不斷進(jìn)步和發(fā)展,人們開始對(duì)于光纖這一在通信技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)占有了相當(dāng)重要地位的傳輸介質(zhì)提出了更高的技術(shù)要求。近年來,光纖廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域,除了被廣泛用作網(wǎng)絡(luò)通訊的用途外還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的內(nèi)窺鏡等工程醫(yī)學(xué)器材制造,以及汽車行業(yè)領(lǐng)域夜視感測(cè)器的度量測(cè)定與機(jī)器視覺、照明、成像、電荷耦合等元件制造及各種工業(yè)領(lǐng)域,給我國(guó)人們的日常生活都帶來了巨大的便捷。光纖通信是指作為一種在現(xiàn)代社會(huì)生活中非常具有發(fā)展?jié)摿颓巴镜耐ㄐ攀侄?已成為現(xiàn)代化通信中的重要支柱,因此光纖在社會(huì)中的作用也越來越重要。光纖己經(jīng)成為了當(dāng)今我國(guó)信息社會(huì)中多樣而又復(fù)雜的信息傳輸和分析的重要載體,并徹底改變了網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)。光纖以作為信息社會(huì)中重要的通訊基礎(chǔ)設(shè)施之一而向全球展示著它極其美好的未來。光的全反射性就是指光從光密介質(zhì)輻射到它與光分解介質(zhì)的邊界上、入射角度大于或等于臨界值的介質(zhì)時(shí),所以發(fā)生的全反射性光學(xué)現(xiàn)象。光的完整反射應(yīng)用于光纖上。主要體現(xiàn)在光纖通信領(lǐng)域,比如說:光纖信號(hào)傳導(dǎo)和網(wǎng)絡(luò)提速、醫(yī)療、汽車、商業(yè)各個(gè)領(lǐng)域也都有著光纖的參與。跟其他傳統(tǒng)通信電纜技術(shù)相比,光纖能夠有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸效率,通過利用光的完整全反射原理方式來直接進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸,對(duì)光纖的制造有著更高的要求。通過對(duì)光的全反射在光纖中的應(yīng)用研究,我們的生活才會(huì)變得更加的便利,才會(huì)更好的推動(dòng)著文明的進(jìn)步。第一章光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)原理1.1光的全反射原理十七世紀(jì)二十年代年荷蘭物理學(xué)家斯涅耳(Snell)最早發(fā)現(xiàn)了斯涅耳定律(SnellLaw)。斯涅爾定律主要分為光的反射定律和光的折射定律。光的射線軌跡一直處在恒定的折射率區(qū)域時(shí)，斯涅爾定律可以表示為以下兩種：光的反射定律：光的入射角必定與其反射角相等，其表達(dá)式為，θ入=θ反光的折射定律：光的入射角的正弦與第一種介質(zhì)的折射率的乘積與其光的折射角的正弦和第二種介質(zhì)的折射率的乘積相等，其表達(dá)式為：

n1在1-1、1-2兩個(gè)式子中，n1和n2表示的是兩種不同介質(zhì)所對(duì)應(yīng)的折射率，而θ入、θ反、θ折則分別（圖1.1）入射光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)當(dāng)θ入增加時(shí)，θ折也隨之增加；在θ入增加到一定的角度（θc）的時(shí)候，θ折等于90°，這時(shí)候如果繼續(xù)增加θn1sinsinθc在上述式子中，θc1.2光纖的傳光原理cosα光是特定頻率的電磁波，具有波粒二象性。在講述光纖的傳光原理時(shí)，可以分別采用射線光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)分析方法進(jìn)行討論。射線光學(xué)分析方法是近似方法，是對(duì)光纖傳輸原理進(jìn)行定性討論；波動(dòng)光學(xué)理論分析方法是精確方法，是對(duì)光纖傳光原理進(jìn)行定量分析。1.2.1射線光學(xué)理論分析法射線光學(xué)分析的部分方法在光的全反射原理中體現(xiàn)，現(xiàn)以階躍折射率光纖為例，簡(jiǎn)述光的傳光原理。光射線由纖芯向包層入射的全反射現(xiàn)象如圖所示：（圖1.2）階躍折射率光纖的全反射圖中n0=1，是空氣折射率，n1為纖芯折射率，n2在光纖的入射端面，與光纖軸線夾角為θ的入射光線，由光纖端面首先進(jìn)入纖芯，發(fā)生折射，由于n0<n1,因此入射角n0sin在纖芯與包層的分界面處，為了防止光線直接進(jìn)入包層中發(fā)生折射從而造成能量衰減，使光線在纖芯與包層分界面處必定發(fā)生全反射，其發(fā)生全反射的條件為φ>θcsinφ>由簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析可得，當(dāng)在光纖的入射端面上滿足式（1-9）時(shí)，進(jìn)入光纖的光線就能在纖芯-包層界面發(fā)生全反射：

n0sin由纖芯與包層分界面處的全反射臨界角θc，可推導(dǎo)出光纖端面處入射角的臨界角θa，即

θa=arcsinn12?n2定義端面入射臨界角θa的正弦與空氣折射率乘積為光纖的數(shù)值孔徑（NA），即有：

NA=n在式中，n0數(shù)值孔徑（NA）反映的是一個(gè)光纖接受和傳遞光的能力，NA越大，表示光纖接受外界光的能力越強(qiáng)，光源與光纖之間相互耦合的效率越高，光纖對(duì)入射光的束縛力越強(qiáng)。但是，當(dāng)NA大到一定程度時(shí)，進(jìn)入光纖中的光線就會(huì)過多，也因此會(huì)產(chǎn)生過大的模色散，從而嚴(yán)重影響了傳輸信息容量，因此我們需要恰當(dāng)?shù)倪x擇NA的大小。1.2.2波動(dòng)光學(xué)理論分析法射線光纖理論光學(xué)分析法很好地通過形象化的語言表達(dá)指出了射線光纖中光的運(yùn)動(dòng)傳遞原理,但是這種理論分析方法往往是在假設(shè)射線光波趨于0時(shí)的理論基礎(chǔ)上,無法有效地通過對(duì)光在射線光纖系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)傳遞和光纖運(yùn)動(dòng)物理狀態(tài)進(jìn)行做嚴(yán)格的光學(xué)定性定量分析,這就必然地需要我們重新引入一種具有波動(dòng)性的光學(xué)分析理論分析法。波動(dòng)光學(xué)方程理論分析方法的主要研究工作核心之一就是對(duì)光纖波動(dòng)光學(xué)方程的精確求解,考慮到石英光纖的纖維外型應(yīng)該是一個(gè)小的圓柱形,纖芯和纖維包層都認(rèn)為是一種存在著相對(duì)高的折射和效率較低的彈性石英纖維材料。因此我們完全可以將這個(gè)介質(zhì)光纖的抽象形式轉(zhuǎn)化過來成為一個(gè)類似三維圓柱形的典型介質(zhì)軸向波動(dòng)半導(dǎo)體,z中的軸坐標(biāo)是一個(gè)光纖帶有不同軸向的波動(dòng)坐標(biāo),也就是光軸向傳播的正確性和前進(jìn)方向,用這種方法求解介質(zhì)波動(dòng)形式方程的這種方法看起來可以考察這個(gè)光在整個(gè)介質(zhì)光纖中具體的軸向傳播和發(fā)射存在波動(dòng)方式,也就是光在這個(gè)圓柱形的六個(gè)坐標(biāo)系中需要求Er、Eφ、Ez和HEr=Ez=Hz=Hz=式中，K2?2E?2H若1-16、1-17兩式有解，就可解的光纖中任一處的Ez和H第二章光纖的概述光纖網(wǎng)絡(luò)作為整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最主要的一種傳輸介質(zhì),它的物理、結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃阅芏紩?huì)極大地影響到整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行性能,因此光纖的應(yīng)用研究在整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的研究中具有重要的地位。2.1光纖的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代通信系統(tǒng)中所用光纖的基本結(jié)構(gòu)主要有以下組成部分：纖芯、包層以及表面涂覆層（又叫一次涂覆層），其中纖芯的折射率相對(duì)較高，包層的折射率相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：（圖2.1）光纖的基本結(jié)構(gòu)纖芯和包層以二氧化硅作為主要的構(gòu)成材料，在制造時(shí)利用不同的摻雜材料造成折射率的差異。在通常情況下是以熱固化的聚酯和樹脂等類型的材料來作為原材料來合成表面涂覆層，目的在于將其作為光纖基本的保護(hù)層，除去這些表面涂覆層的剩余部分又叫做裸光纖。在實(shí)際應(yīng)用中，為了增強(qiáng)光纖的各項(xiàng)性能，在一次涂覆層外會(huì)再添加上一層二次涂覆層，也叫作塑料套管。在目前通信所用的光纖中單模光纖的纖芯大概是7~9um，多模光纖的纖芯則為50~80um，包層直徑相同一般均為125um。2.2光纖的分類光纖的類型有很多，就目前而言，在國(guó)際上對(duì)于光纖和光纜的型號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分類的主要是國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化組織（ITU-T）和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）。ITU-T涉及通信光纖的標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)的是G.65x系列，而IEC則是側(cè)重于標(biāo)準(zhǔn)60793系列。在我國(guó)的IEC標(biāo)準(zhǔn)中，光纖分為A類光纖和B類光纖，A類光纖為多模光纖、B類光纖為單模光纖。A類光纖分為A1a多模光纖，A1b多模光纖和A1d多模光纖；B類光纖有B1.1光纖、B1.2光纖、B2和B4光纖。1.光纖折射率分類通過對(duì)纖芯和包層的折射率的大小差異來看，光纖可分為階躍型折射率光纖（SI型光纖）以及漸變型折射率光纖（GI型光纖）。階躍型折射率光纖的纖芯內(nèi)部的折射率處處相等，其纖芯折射率為一固定值。漸變折射率光纖纖芯折射率呈現(xiàn)式（2-1）的指數(shù)分布規(guī)律，結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：nr=n式中，nr為距離纖芯軸線r處的折射率，n0為纖芯軸線處的折射率，a為纖芯半徑，r為距離光纖軸線的距離，?=（圖2.2）階躍折射率光纖結(jié)構(gòu)（圖2.3）漸變折射率光纖結(jié)構(gòu)2.按纖芯結(jié)構(gòu)按照纖芯結(jié)構(gòu)的劃分方法是根據(jù)每根光纖中的一根纖芯大小數(shù)量的多少來對(duì)其進(jìn)行劃分,以此作為一根單芯光纖和一根多芯光纖的標(biāo)準(zhǔn)。一般來說,一根光纖中只有一根纖芯,為了滿足實(shí)際需要,盡可能的提高光纖的傳輸容量,近年來提出了多心光纖,多心光纖圖2-4所示:（圖2.4）（a）3芯光纖，（b）7芯光纖，(c）19芯光纖3.按光纖的二次涂覆層分類光纖的二次涂覆保護(hù)層也被稱為塑料套管,根據(jù)其組合構(gòu)成的形式,光纖一般可以劃分為緊套型光纖和松套型光纖,兩者有著相似的構(gòu)造,但是針對(duì)不同的環(huán)境而設(shè)計(jì)。緊套型光纖的原理是指二次涂覆層和一次的涂覆層將其緊密地結(jié)合到一起,形成一個(gè)完整的組織,光纖不能在套管內(nèi)進(jìn)行自由的活動(dòng)。緊套光纖主要用于室內(nèi)應(yīng)用，室內(nèi)光纜使其成為中等長(zhǎng)度，室內(nèi)長(zhǎng)距離或是直接埋入的LAN/WAN連接以及水下應(yīng)用的理想選擇，結(jié)構(gòu)如圖2所示：（圖2.5）松套型光纖即一次涂覆層光纖與二次涂覆層相對(duì)獨(dú)立，光纖可以在二次涂覆層中自由活動(dòng)，也可以以填充油膏的方式懸浮在里面。松套光纖多用于戶外光纜，戶外光纜會(huì)不斷受到多種可能影響自身完整性和性能的環(huán)境條件的壓力。溫度變化，冰與風(fēng)的影響，濕氣濕度都是戶外光纜會(huì)面臨的環(huán)境條件，所以必須要保護(hù)核心纖維，才能維持自身的光學(xué)特性，結(jié)構(gòu)如圖2-6所示：（圖2-6）4.按光纖構(gòu)成材料通過光纖構(gòu)成材料分析，光纖可以分為石英光纖、硅酸鹽光纖、鹵化物光纖、硫?qū)倩衔锊ＡЮw維、塑料光纖以及液芯光纖等。通信光纖中應(yīng)用最普遍的是石英和硅酸鹽玻璃材料，其生產(chǎn)以及制備工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟。鹵化物光纖主要是由元素周期表的第七主族元素制成，在理論上有極低的損耗，但缺點(diǎn)也十分明顯，工藝復(fù)雜，制備比較困難。硫?qū)倩衔锕饫w主要應(yīng)用于光轉(zhuǎn)換以及光纖激光器等方面。塑料光纖使用甲基丙烯酸甲酯和含氟聚合物，成本低，便于耦合，韌性好，缺點(diǎn)是損耗較高。近年來為了降低光纖中傳輸光信號(hào)的能量損失，研制出了純硅芯光纖（PSCF），其輸出損耗可以將降低至0.15db/km，已經(jīng)接近理論極限。2.3光纖制造工藝制造光纖首先需要做的就是設(shè)計(jì)和制造出一種光纖預(yù)制棒,光纖預(yù)制棒又被俗稱為光棒,直徑普遍大約為數(shù)十毫米或者較粗,由于在對(duì)光纖進(jìn)行預(yù)制棒的制作時(shí)會(huì)形成光纖的內(nèi)部折射率和分布,因此對(duì)光纖預(yù)制棒的制造已經(jīng)成為了光纖制造技術(shù)中最重要的組成部分,可以采用一種新型化學(xué)氣相沉積法、軸向氣相沉積法、棒外化學(xué)氣相沉積法和等離子體活化氣相沉積法等手段制作出預(yù)制棒。下面以采用經(jīng)過多次改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積方法和材料為實(shí)例來介紹光纖預(yù)制棒的制備工藝和過程:第一步就是把高純度的金屬鹽水和鹵化物(如四氯化硫)與氧氣反應(yīng),形成一個(gè)氧化物微粒(如二氧化硫),這些氧化物的微粒主要會(huì)沉積在玻璃或石英的表面外殼或是管狀體內(nèi)壁上,通過加熱和燒結(jié)而形成透明的玻璃棒,如果如果它是管狀體的話,還要對(duì)它進(jìn)行高溫?zé)?讓它的塌陷和收縮變成棒狀,然后再把它燒制成透明的玻璃棒。光纖預(yù)制棒工作完成后,就要開始進(jìn)行光纖拉絲的步驟。光纖拉絲工作需要在一個(gè)無塵的環(huán)境中進(jìn)行,將光纖預(yù)制棒垂直地固定在拉絲塔的最高點(diǎn),將其逐步加熱，溫度控制到2000℃以上,受熱的光纖預(yù)制棒不斷地融化,在其底部會(huì)不斷地累積而形成一種液體,等到大幅度的下垂即可以直接形成光纖,在這時(shí)就需要用收容盤將拉制好的光纖盤好。然后進(jìn)行一次涂覆層的覆蓋過程,為了給光纖提供基礎(chǔ)的保護(hù)和支撐效果,一次涂覆層會(huì)在拉絲過程完成后立即附著在光纖的外部。拉絲過程中關(guān)鍵技術(shù)主要在于光線直徑的測(cè)量與控制,拉絲的張力控制和速度控制等。在保證光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸性能的前提下，制造光纖的過程中需要嚴(yán)格控制以下幾個(gè)方面：1）光纖的原材料要求具有極高的純度；2）必須避免光纖中會(huì)出現(xiàn)的雜質(zhì)污染和氣泡；3）要精確的控制纖芯與包層的折射率分布；4）精確控制光纖的結(jié)構(gòu)尺寸；5）盡可能的減少光纖表面的損傷，提高光纖的機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)際的應(yīng)用中，制造完成的光纜會(huì)受到運(yùn)輸，存儲(chǔ)以及維護(hù)的種種限制，因此一個(gè)收容盤的長(zhǎng)度一般為2km，但實(shí)際上的線路遠(yuǎn)不止2km，因此需要對(duì)光纖進(jìn)行接續(xù)保證線路和光信號(hào)的傳輸。2.4光纖的接續(xù)光纖的接續(xù)方法主要分為兩種：第一種是永久接續(xù)法（一旦接續(xù)就不可拆斷）；第二種就是可拆斷的連接器接續(xù)法。永久接續(xù)又分為機(jī)械接續(xù)和熔斷接續(xù)。機(jī)械接續(xù)是通過V型槽使光纖的橫截面貼合，并且固定成型使其成為一根光纖的機(jī)械固定方法。機(jī)械接續(xù)法工藝相對(duì)簡(jiǎn)易且成本低廉，成為包括光纖接入等現(xiàn)場(chǎng)接續(xù)和成端的主要技術(shù)。熔斷接續(xù)法已經(jīng)成為廣泛使用的可靠接續(xù)技術(shù)，通過在針狀電極兩端施加高壓電并產(chǎn)生電弧放電，其瞬間的高溫可以使帶接續(xù)的兩根光纖熔融為一體。熔斷接續(xù)法可以把接續(xù)引入的附加損耗降到最低，這是目前應(yīng)用最普遍的光纖接續(xù)方法。當(dāng)需要接續(xù)的兩根光纖的各項(xiàng)參數(shù)匹配較好時(shí)，熔斷接續(xù)可以保證連接損耗控制在0.05dB以下。熔斷接續(xù)的步驟分為：1）在光纖上預(yù)先套上對(duì)接續(xù)部位提供保護(hù)的熱縮套管。2)清洗時(shí)除去所有的光纖涂層并使用無水酒精輕輕擦拭纖芯。3)切削光纖,做成端面。光纖端面的設(shè)計(jì)和制造是最關(guān)鍵的步驟,光纖端面設(shè)計(jì)和完善程度也是影響光纖連接損耗質(zhì)量的最重要因素。4）將待接續(xù)的光纖放入自動(dòng)熔接機(jī)中進(jìn)行熔接。5）使用儀表，比如光時(shí)域反射儀（OTDR），對(duì)接續(xù)性能進(jìn)行判定，符合要求后對(duì)接續(xù)部位進(jìn)行保護(hù)。6）完成全部纖芯接續(xù)和保護(hù)，進(jìn)行接續(xù)質(zhì)量復(fù)測(cè)和接納。第三章光纖通信系統(tǒng)3.1光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)基本的光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例：（圖3-1）光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例上圖所示僅僅是一個(gè)有方向傳輸?shù)倪^程,而且它們是由正反兩個(gè)方向互相傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)行原理共享。光發(fā)送部分主要包括兩個(gè)電端機(jī)和光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)。電端機(jī)主要的功能就是對(duì)不同種類的信號(hào)做相對(duì)應(yīng)地處理。電信號(hào)傳輸?shù)焦舛藱C(jī)之后,會(huì)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并把經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)傳遞給光纖傳播。長(zhǎng)時(shí)間的傳遞,損耗和色散這些因素會(huì)使光信號(hào)產(chǎn)生畸變。因此,光中繼機(jī)的存在,就能保證光信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸過程中保持良好的清晰度，光中繼機(jī)將已被破壞的光信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成無線電信號(hào),然后再把無線電信號(hào)進(jìn)行重新放大，放大之后的信號(hào)再次進(jìn)行傳輸。光接收部分光端機(jī)組將接收到的光信號(hào)經(jīng)過電子檢測(cè)儀進(jìn)行光電信號(hào)的變換,把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),再經(jīng)過放大等操作過程將其復(fù)原成和光源發(fā)送機(jī)相同的電子信號(hào),然后再將其輸送至接收端還原成各種不同信號(hào)類型的最初信號(hào)。3.2光纖通信系統(tǒng)的組成3.2.1光纖電子信號(hào)的傳輸介質(zhì)主要就是光纖，光纖的傳遞參數(shù)是對(duì)光纖的基本要求。因此，要讓其他一些參量降到最小，比如傳遞損耗，光的色散等。機(jī)械和環(huán)境兩個(gè)性能是光纖性能的一部分。生活中常用的光纜大都有多個(gè)線路，除此之外，還有信號(hào)增強(qiáng)元件和保護(hù)層。光纜線路主要組成部分包括光纖和起連接作用的連接器。3.2.2光源光源是光發(fā)送機(jī)的核心部分，而光發(fā)送機(jī)主要作用是實(shí)現(xiàn)無線電-光信號(hào)轉(zhuǎn)換。輸出功率大、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越、光譜線寬窄、光波穩(wěn)定輸出、擁有較長(zhǎng)壽命是對(duì)光源的基本需求。目前應(yīng)用較為普遍的光源有激光二極管、半導(dǎo)體發(fā)光二極管。把電子信號(hào)轉(zhuǎn)化成光子信號(hào)的這個(gè)過程就是通過利用電子信號(hào)直接地對(duì)光子信號(hào)進(jìn)行調(diào)制才能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo),有直接調(diào)制和間接調(diào)制兩種方式。直接調(diào)制的方式主要是指一個(gè)電信號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)光二極管,使其在信號(hào)中輸出的功率大小不斷地隨著信號(hào)中電流的增加大小而有所改變,這一過程也叫強(qiáng)度調(diào)制。直接調(diào)制的這種方式其實(shí)現(xiàn)操作起來也比較簡(jiǎn)便,但是由于光源調(diào)制的響應(yīng)等各約束會(huì)使調(diào)制的頻率受到一定的制約,同時(shí)也可能發(fā)生頻率啁啾,在相對(duì)頻率較高的光纖通信系統(tǒng)中不適用。與直接調(diào)制相比，間接調(diào)制則是將激光產(chǎn)生過程與調(diào)制過程相分離,使其穩(wěn)定的輸出在激光器里面形成后,再施加調(diào)制信號(hào)，間接調(diào)制應(yīng)用范圍在頻率相對(duì)較高的光纖通信系統(tǒng)中與直接調(diào)制相比更為廣泛。3.2.3光檢測(cè)器光檢測(cè)器是光接收機(jī)主要部件，包括新型光感應(yīng)檢測(cè)器、各級(jí)激光放大器和其他與之相關(guān)的光子電路組成部件所配合組成,對(duì)于新型光感應(yīng)檢測(cè)器部件要求特別高的是信號(hào)響應(yīng)靈敏程度高、噪聲低、響應(yīng)速度快等。光濾波檢測(cè)器根據(jù)其基本工作原理可以分為直接光波檢測(cè)和本地相干高頻檢測(cè)兩種,直接光波檢測(cè)就是由光檢測(cè)器直接將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成一個(gè)相干的高頻電信號(hào),相干高頻檢測(cè)就是在兩個(gè)接收機(jī)中分別直接設(shè)置一個(gè)本地高頻振蕩器和一個(gè)本地混頻器,使本地的高頻震蕩器聲光和一個(gè)相干光纖通信輸入的光波電信號(hào)等在進(jìn)行互相混頻從而直接輸出一個(gè)差頻信號(hào),再經(jīng)光檢測(cè)器把這個(gè)差頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成一個(gè)相干的高頻電信號(hào),相干光檢測(cè)已經(jīng)成為當(dāng)前光纖通信控制系統(tǒng)中最主要的檢測(cè)形式。3.2.4無源器件在光纖通信系統(tǒng)中有著大量的無源器件,包括各種光纖連接器、調(diào)制器、耦合器、濾波器、光開關(guān)及其環(huán)形器等等。光纖通信連接器件它是兩根小型光纖之間直接通過完成一定的通信活動(dòng)進(jìn)行連接的一種器件,主要廣泛應(yīng)用于與各種光纖有源和無源光器件之間、光器件與各種光纖通信線路之間、各種光纖測(cè)試實(shí)驗(yàn)儀器與各種光纖通訊控制系統(tǒng)或各種光纖通信線路之間等?；顒?dòng)連接傳輸技術(shù)主要是廣泛指一種利用光纖電纜可以同時(shí)連續(xù)進(jìn)行多次或者幾次重復(fù)的活動(dòng)連接,且其中的重復(fù)連接性能良好,而與此正恰相反的一個(gè)特點(diǎn)是那就是,光纖上的接續(xù)傳輸技術(shù)應(yīng)該是一種永久的活動(dòng)連接,不要求具有任何新的重復(fù)。光纖耦合器的主要技術(shù)功能之一就是通過光纖分路/光耦合路技術(shù)來直接實(shí)現(xiàn)光發(fā)射信號(hào)無線傳遞,也就是將一個(gè)輸入的光發(fā)射信號(hào)通過分配連接到另外多個(gè)輸出信號(hào)或者將多個(gè)輸入的光發(fā)射信號(hào)直接組合在一起來從而形成一個(gè)輸出信號(hào)。根據(jù)光纖耦合器的合路與分路的光波信號(hào),可以將光纖耦合器進(jìn)行劃分為光纖耦合器跟光纖波長(zhǎng)耦合器。光開關(guān)器件是光纖通信系統(tǒng)及光纖檢測(cè)設(shè)備等技術(shù)當(dāng)中一個(gè)不可或缺的無源器件,光開關(guān)的主要作用之一就是為了實(shí)現(xiàn)各種光信號(hào)在不同光路中的快速切換。光開關(guān)的基本需求是插入損耗較小、串?dāng)_較低、開關(guān)速率快、擴(kuò)增信號(hào)及使用壽命長(zhǎng)。從其基本原理上我們可以大致分為三種:第一種方式是機(jī)械光電子開關(guān),第二種是固體波導(dǎo)光開關(guān),第三類是;利用氣泡、液晶及全息等技術(shù)實(shí)現(xiàn)切換。3.2.5光放大器光放大器可以在不將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的情況下直接將光信號(hào)進(jìn)行放大，是解決高速率大容量光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)闹匾骷瑫r(shí)這也是客服各種損耗的主要器件。目前廣泛應(yīng)用的激光電子放大器主要包括有線性光纖電子放大器和非線性的激光光纖放大器。3.3光纖通信的特點(diǎn)光纖具備了傳輸容量大、傳送損耗小、抗電磁輻射干擾等一系列傳送媒質(zhì)都無法被替代的特點(diǎn),這就使得光纖通訊成為目前最主要的通訊網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳送手段。傳輸容量大光是一種高頻電磁波,在光纖中被傳輸?shù)募す庑盘?hào)屬于近紅外線范圍,典型的工作波長(zhǎng)范圍為1310mm~1625nm,并且具有極高的信號(hào)頻譜和帶寬。實(shí)際光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量主要依賴于光纖、光源種類、調(diào)控方式和接收器的不同。目前,在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)單根光纖上100tbit/s級(jí)的總數(shù)據(jù)傳輸容量,而商業(yè)和大規(guī)模建筑中的一個(gè)家庭用系統(tǒng)的容量也都已經(jīng)超過了10tbits級(jí)。目前階段光纖中頻譜效率還比較低,光纖可用頻帶的進(jìn)一步利用和開發(fā)仍有很大的提高空間。在一根光纖中能夠承載數(shù)百根乃至數(shù)千根光纖高密度傳輸光纜的各種相關(guān)技術(shù)也是相對(duì)成熟,這就導(dǎo)致了光纖高密度通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中的傳送容量變得成百倍、千倍地提高。在光纖通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸容量進(jìn)一步改善后還有望可以引入包括多芯光纖和極化復(fù)用等技術(shù),提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜萘?。傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)最常見的一種標(biāo)準(zhǔn)單模典型光纖在1310m以上波長(zhǎng)窗口的光纖典型內(nèi)部損耗含量系數(shù)一般穩(wěn)定為0.35dB/km,在150mm以上波長(zhǎng)窗口的光纖典型內(nèi)部損耗含量系數(shù)約一般穩(wěn)定為0.2dB/km.當(dāng)單模光纖通過析氫分離技術(shù)實(shí)行進(jìn)步化并縮小單模光纖的內(nèi)部等離子元素含量后,光纖的典型損耗含量系數(shù)幾乎完全能夠在相當(dāng)寬的波長(zhǎng)頻帶內(nèi)與之保持一致。因此,與其他的多媒體信息傳輸通信介質(zhì)系統(tǒng)相比,光纖通信傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中繼傳輸距離遠(yuǎn)得多。現(xiàn)階段目前還在使用較多的單或雙信道載波傳輸信號(hào)頻率范圍為10Gbits的光纖系統(tǒng),其中相互間的連續(xù)繼電位置和距離最高可以擴(kuò)大到100km;但是若是長(zhǎng)期采用帶有光纖信號(hào)放大器和帶有色散信號(hào)補(bǔ)償器的光纖等,中繼器繼電距離可以做到繼續(xù)擴(kuò)大。如果是光孤子(olin)系統(tǒng),其利用光放大器與非線性作用的相互抵消,理論上的中繼距離可達(dá)數(shù)千千米乃至更長(zhǎng)。信號(hào)泄露小，保密性好光纖傳輸數(shù)據(jù)的良好保密性來源于其特殊的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，由于在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)由內(nèi)向外泄露能力極其微小，這就造成了信息的泄露和竊取相當(dāng)困難。與其他通信的方式相比,