摘要：光纖通信不僅可以應(yīng)用在通信的主干線路中，也可以在電力通信控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用，進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制，現(xiàn)在在軍事上也被廣泛應(yīng)用，基于各領(lǐng)域?qū)π畔⒘康男枨蟛粩嘣鲩L(zhǎng)，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)也備受關(guān)注。一條完整的光纖鏈路除受光纖本身質(zhì)量影響外，還取決于光纖鏈路現(xiàn)場(chǎng)的施工工藝和環(huán)境。本文探討了光纖通信技術(shù)的主要特征及發(fā)展趨勢(shì)，和它以光纖鏈路為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù)特點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)光纖鏈路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1光纖通信技術(shù)

光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健？梢园压饫w通信看成是以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。光纖由內(nèi)芯和包層組成，內(nèi)芯一般為幾十微米或幾微米，比一根頭發(fā)絲還細(xì)；外面層稱為包層，包層的作用就是保護(hù)光纖。實(shí)際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。由于玻璃材料是制作光纖的主要材料，它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路；光波在光纖中傳輸，不會(huì)發(fā)生信息傳播中的信息泄露現(xiàn)象；光纖很細(xì)，占用的體積小，這就解決了實(shí)施的空間問題。

2光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)

2.1頻帶極寬，通信容量大。光纖的傳輸帶寬比銅線或電纜大得多。對(duì)于單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)，由于終端設(shè)備的限制往往發(fā)揮不出帶寬大的優(yōu)勢(shì)。因此需要技術(shù)來增加傳輸?shù)娜萘?，密集波分?fù)用技術(shù)就能解決這個(gè)問題。

摘要：塑料光纖POF之所以能傳光是因?yàn)楣饫w具有芯皮結(jié)構(gòu)，光在POF中傳輸是按全反射原理進(jìn)行的，光在SIPOF中的傳輸方式為全反射式鋸齒型，光在GIPOF中的傳輸方式為正弦曲線型；子午線就是光線的傳播路徑始終經(jīng)過光纖軸并在同一平面內(nèi)，選用子午線進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算，這些參數(shù)計(jì)算包括最大入射角或發(fā)射光角度、數(shù)值孔徑、子午線在階躍型光纖中的幾何行程及反射次數(shù)；側(cè)面發(fā)光POF和熒光POF也是按全反射原理進(jìn)行傳光的，對(duì)于單芯側(cè)面發(fā)光POF多是由非固有損耗導(dǎo)致側(cè)面發(fā)光，而對(duì)于多芯側(cè)面發(fā)光POF則是由彎曲損耗產(chǎn)生側(cè)面發(fā)光的。熒光POF經(jīng)過特定波長(zhǎng)光激發(fā)后發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，而且激發(fā)光不僅可從端面入射，而且可從側(cè)面入射。

關(guān)鍵詞：聚合物光纖，塑料光纖，POF,傳光,原理

1．前言

光纖自身不能發(fā)光，但光纖可以傳光，用于照明；光纖照明所選用的光纖，按照光纖材質(zhì)的不同，通?？煞譃槭⒐饫w、多組分玻璃光纖和塑料光纖POF等，本文主要介紹POF的傳光原理，其它的光纖傳光原理同POF的傳光原理是一致的。

人們很早就觀察到光在透明柱體中通過多次全反射向前傳播的現(xiàn)象，他們就是古代的玻璃吹制藝人。而首次科學(xué)闡述這一現(xiàn)象的，卻是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的約翰·丁達(dá)爾向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)演示了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，他當(dāng)時(shí)用一只盛滿水的器皿，讓水從器皿的側(cè)孔中流出，這時(shí)投射在水中的光也隨著水流傳導(dǎo)出來。

1880年，威廉·惠勒(WilliamWheeler)提出“管道照明”的設(shè)想，并獲得美國(guó)專利，這是有案可查的最早的“遙控照明”裝置，其基本原理是：用內(nèi)壁涂有反射層的管子把中心光源的光象自來水一樣引至若干個(gè)需要照明的地點(diǎn),這實(shí)際上是光纖用于照明的雛形，光纖照明系統(tǒng)簡(jiǎn)單地就可以看作是和上述的“管道系統(tǒng)”相類似的一個(gè)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，所傳輸?shù)慕橘|(zhì)是光，而用以傳輸光的“管道”就是光纖，光纖可以把光線從光源處傳輸至需要照明的特定區(qū)域。1954年，《自然》雜志發(fā)表了Hopkin''''s和Kapany成功地用一束10,000到20,000的纖維來傳輸圖像的文章,VanHeel發(fā)現(xiàn)低折射率光纖包層的作用，纖維的圖像傳輸?shù)某晒?shí)現(xiàn)和光纖包層的提出這兩個(gè)進(jìn)步標(biāo)志著光導(dǎo)纖維作為一個(gè)新興學(xué)科的誕生,1966年,英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所英籍華裔科學(xué)家高錕(K.C.Kao)博士和G.A.Hockham在詳細(xì)研究了玻璃的傳輸損耗后,撰寫的文章《用于光頻的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》發(fā)表在倫敦電氣工程師協(xié)會(huì)（IEE）會(huì)刊上，他們從理論上指出:如果減少或消除光導(dǎo)纖維中的有害雜質(zhì)如過渡金屬離子，可大大降低光纖傳輸損耗,提高光纖的傳光能力，從而推動(dòng)了光纖制造工藝的研究。美國(guó)杜邦DuPont公司亦在這一年向市場(chǎng)推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纖的一種,而光纖用于光纖照明的基本原理是利用光線在不同折射率介質(zhì)的界面發(fā)生全反射，實(shí)現(xiàn)光在光纖中的高效傳輸以及光纖與光源的充分耦合，并通過與各種光學(xué)元件的組合，達(dá)到需要的照明效果，為了解光在光纖中的傳輸方式,現(xiàn)介紹子午光線在POF中的傳輸特性。

1光纖種類

1.1單模光纖單模光纖是指只傳輸一個(gè)光傳導(dǎo)模（基模）的光纖。其主要優(yōu)點(diǎn)是衰減較小，傳輸距離長(zhǎng)，傳輸容量大，在長(zhǎng)途骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)等場(chǎng)合均有廣泛應(yīng)用。單模光纖由于只能傳輸基模，它不存在模間時(shí)延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，單模光纖的帶寬可達(dá)幾十GHz以上。所以單模光纖特別適合用于長(zhǎng)距離、大容量的通信系統(tǒng)。隨著光纖制造技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，單模光纖的種類也在發(fā)展。

常用的單模光纖有以下幾種:

1.1.1G.652光纖G.652光纖即常規(guī)光纖，它同時(shí)具有1310nm和1550nm兩個(gè)窗口。零色散點(diǎn)位于1310nm窗口，而最小衰減位于1550nm窗口。這兩個(gè)窗口的的典型值為:1310nm窗口的衰減為0.3～0.4dB/km，色散系數(shù)為0～3.5ps/(nm.km)，1550nm窗口的衰減為0.19～0.25dB/km，色散系數(shù)為15～20ps/(nm.km)。

1.1.2G.653光纖G.653光纖即色散位移光纖，又稱1550nm窗口性能最佳光纖。人們通過設(shè)計(jì)光纖折射剖面，使零色散點(diǎn)移到1550nm窗口，從而與光纖的最小衰減窗口獲得匹配，使1550nm窗口同時(shí)具有最小色散和最小衰減。它在1550nm窗口的典型值為:衰減系數(shù)為0.19～0.25dB/km，零色散點(diǎn)在1525～1575nm波長(zhǎng)區(qū)，且在此區(qū)間色散系數(shù)<3.5ps/(nm.km)。這種光纖在1550nm窗口所具有的良好特性使之成為單波長(zhǎng)、大容量、超長(zhǎng)距離傳輸?shù)淖罴堰x擇。如果純粹沿著時(shí)分復(fù)用TDM方式進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容的話，可以直接開通20Gbit/s系統(tǒng)而不需要任何色散補(bǔ)償措施。G.653光纖的重要缺陷是四波混頻現(xiàn)象限制了波分復(fù)用(WDM)的使用。所謂四波混頻現(xiàn)象是由于光纖的非線性引起的，當(dāng)不同的波長(zhǎng)同時(shí)在一根光纖中傳輸時(shí)，由于相互作用，會(huì)產(chǎn)生新的和、差波分量。

1.1.3G.655光纖G.655光纖即非零色散位移光纖，它是為了解決G.653光纖中嚴(yán)重的四波混頻效應(yīng)，對(duì)G.653光纖的零色散點(diǎn)進(jìn)行了移動(dòng)，使1540～1565nm區(qū)間的色散系數(shù)保持在1.0～4.0ps/(nm.km)，避開了零色散區(qū)，維持了一個(gè)起碼的色散值，從而可以比較方便地開通多波長(zhǎng)WDM系統(tǒng)。在G.655光纖的特性中，除了對(duì)零色散點(diǎn)進(jìn)行搬移以外，其他各項(xiàng)特性與G.653都相同。它在1550nm窗口具有最小衰減系數(shù)和色散系數(shù)。雖然它的色散系數(shù)值稍大于G.653光纖，但相對(duì)于G.652光纖，已大大緩解了色散受限距離。它成功地解決了在1550nm波長(zhǎng)區(qū)G.652光纖的色散受限和G.653光纖難以進(jìn)行波分復(fù)用的缺點(diǎn)，同時(shí)具有這兩種光纖的優(yōu)點(diǎn)。它既可開通高速率的10Gbit/s、20Gbit/s的TDM系統(tǒng)，又可以進(jìn)行WDM方式的擴(kuò)容。

一、光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)光纖通信而言,超高速度、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo),而全光網(wǎng)絡(luò)也是人們不懈追求的夢(mèng)想。

1.超大容量、超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量,在未來跨海光傳輸系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。近年來波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛,目前1.6Tbit/的WDM系統(tǒng)已經(jīng)大量商用,同時(shí)全光傳輸距離也在大幅擴(kuò)展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù),與WDM通過增加單根光纖中傳輸?shù)男诺罃?shù)來提高其傳輸容量不同,OTDM技術(shù)是通過提高單信道速率來提高傳輸容量,其實(shí)現(xiàn)的單信道最高速率達(dá)640Gbit/s。

僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統(tǒng)的容量畢竟有限,可以把多個(gè)OTDM信號(hào)進(jìn)行波分復(fù)用,從而大幅提高傳輸容量。偏振復(fù)用(PDM)技術(shù)可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零(RZ)編碼信號(hào)在超高速通信系統(tǒng)中占空較小,降低了對(duì)色散管理分布的要求,且RZ編碼方式對(duì)光纖的非線性和偏振模色散(PMD)的適應(yīng)能力較強(qiáng),因此現(xiàn)在的超大容量WDM/OTDM通信系統(tǒng)基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)基本上都包括在OTDM和WDM通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)中。

2.光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數(shù)量級(jí)的超短光脈沖,由于它在光纖的反常色散區(qū),群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡,因而經(jīng)過光纖長(zhǎng)距離傳輸后,波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無畸變的通信,在零誤碼的情況下信息傳遞可達(dá)萬里之遙。

光孤子技術(shù)未來的前景是:在傳輸速度方面采用超長(zhǎng)距離的高速通信,時(shí)域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率10-20Gbit/s提高到100Gbit/s以上;在增大傳輸距離方面采用重定時(shí)、整形、再生技術(shù)和減少ASE,光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000km以上;在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當(dāng)然實(shí)際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)難題,但目前已取得的突破性進(jìn)展使人們相信,光孤子通信在超長(zhǎng)距離、高速、大容量的全光通信中,尤其在海底光通信系統(tǒng)中,有著光明的發(fā)展前景。

1光纖的應(yīng)用

（1）光纖線路的施工程序

施工期間，光纖的外徑要比彎曲的半徑大15~20倍。布置光纜的時(shí)候，光纜需保持松弛的弧形，并通過纜盤放出；同圖1光纖接入到戶技術(shù)流程時(shí)牽引力要低于張力的80%，最大不能超過張力的100%，并做好相應(yīng)的防水處理。布置光纖時(shí)不能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或浪涌等狀況，纏線因以“8”來盤整，并將順引裝置加裝在光纖引入、引出處，不能直接與地面相托。在熔接光纖時(shí)，必須要估算熔接損耗。

（2）光纜的敷設(shè)

光纜的敷設(shè)要根據(jù)油田通信工程實(shí)際施工圖來決定。埋設(shè)期間底寬由光纜數(shù)目而定。在一般的光纜敷設(shè)中，1~2條光纜的寬度設(shè)定在30~40cm之間。3條以上，其寬度在50~70cm之間，其深度是底寬的0.1倍。同溝敷設(shè)時(shí)，采用交叉和重疊的方式進(jìn)行；直敷設(shè)時(shí)，采用直線、躲避障礙物的方式進(jìn)行，直線敷設(shè)彎曲的半徑要大于20m。

（3）長(zhǎng)輸油（氣）管道通信系統(tǒng)光纖應(yīng)用實(shí)例