可觀不可褻的光纖

　　從本世紀(jì)70年代初至今，尤其是近20年來，光纖通信迅猛發(fā)展，現(xiàn)已在長途干線網(wǎng)中逐步取代同軸電纜、微波等而成為主要傳輸手段�？梢灶A(yù)計(jì)，在不久的將來，光纖通信將進(jìn)入用戶網(wǎng)，逐步取代用戶網(wǎng)中的音頻電纜，從而走進(jìn)千家萬戶。所謂光纖通信，是指將要傳送的語音、圖像和數(shù)據(jù)信號等調(diào)制在光載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最適合傳導(dǎo)光的傳輸媒介，是光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

　　光纜是由一組光纖組成的用來傳播光束的、細(xì)小而柔韌的傳輸介質(zhì)。光纜不僅是目前可用的媒體，而且是今后若干年后將會繼續(xù)使用的媒體，其主要原因是這種媒體具有很大的帶寬。光纖與電導(dǎo)體構(gòu)成的傳輸媒體最基本的差別是，它的傳輸信息是光束，而非電氣信號。因此，光纖傳輸?shù)男盘柌皇茈姶诺母蓴_。

　　與傳統(tǒng)電纜相比，光纖具有損耗小、傳輸距離長的優(yōu)點(diǎn)。目前使用的石英光纖在0.8－1.8pm波長范圍內(nèi)的損耗比所有傳統(tǒng)的電傳輸線低。由于光纖傳輸損耗低，所以其中繼距離達(dá)到幾十公里至上百公里，而傳統(tǒng)的電傳輸線中繼距離僅為幾公里。

　　光纖具有抗干擾性好、保密性強(qiáng)、使用安全等特點(diǎn)。光纖是非金屬介質(zhì)材料，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，這是傳統(tǒng)的電通信所無法比擬的。光信號束縛在光纖芯子中傳輸，在芯子外很快衰減，這樣不會產(chǎn)生光纖間的串光現(xiàn)象，所以其保密性好且能保證同一光纜中不同光纖間光信號的傳輸質(zhì)量。光纖具有抗高溫和耐腐蝕的性能，因而可以抵御惡劣的工作環(huán)境。

　　光纖的體積小、重量輕，便于敷設(shè)。光纖細(xì)如發(fā)絲，其外直徑僅為125pm，加塑套后的外徑也小于1mm，再加上光纖材料比重小，因而制成光纜后，直徑比電纜細(xì)，重量也輕很多。例如一根18芯的光纜每公里約重150kg，而18芯同軸電纜每公里約重11噸。經(jīng)過表面涂敷的光纖具有很好的可撓性，便于敷設(shè)，可架空或置入管道。

　　制作光纖的原材料豐富。石英光纖的主要成分是二氧化硅（SiO2），這是地球最主要的成分之一。而傳統(tǒng)通信電纜的主要材料為稀有金屬銅，其資源嚴(yán)重緊缺，這樣使用光纖作為傳輸媒介可以節(jié)省大量的越來越寶貴的金屬材料。

　　光纖由單根玻璃光纖、緊靠纖心的包層以及塑料保護(hù)涂層組成，如下圖所示。為使用光纖傳輸信號，光纖兩端必須配有光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，光發(fā)射機(jī)執(zhí)行從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的通常是發(fā)光二極管（LED）或注入式激光二極管（ILD）；實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的是光電二極管或光電三極管。

　　根據(jù)光在光纖中的傳播方式，光纖有兩種類型：多模光纖和單模光纖。多模光纖又根據(jù)其包層的折射率進(jìn)一步分為突變型折射率光纖和漸變型折射率光纖。以突變型折射率光纖作為傳輸媒介時(shí)，發(fā)光管以小于臨界角發(fā)射的所有光都在光纜包層界面進(jìn)行反射，并通過多次內(nèi)部反射沿纖心傳播。這種類型的光纜主要適用于適度比特率的場合。

　　多模突變型折射率光纖的散射通過使用具有可變折射率的纖心材料來減小。折射率隨離開纖心的距離而增加，導(dǎo)致光沿纖心的傳播好像是正弦波。將纖心直徑減小到一種波長（3-10um），可進(jìn)一步改進(jìn)光纖的性能，在這種情況下，所有發(fā)射的光都沿直線傳播，這種光纖稱為單模光纖。這種單模光纖通常使用ILD作為發(fā)光元件，可操作的速率為數(shù)百M(fèi)bps。

　　從上述三種光纖接收的信號看，單模光纖接收的信號與輸入的信號最接近，多模漸變型次之，多模突變型接收的信號散射最嚴(yán)重，因而它所獲得的速率最低。

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