通信工程師傳輸與接入考試傳輸光纖

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1．光纖
近年來(lái)，通信領(lǐng)域最重要的技術(shù)突破之一就是光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，光纖是一種很細(xì)的可傳送光信號(hào)的有線介質(zhì)，它可以用玻璃、塑料或高純度的合成硅制成。目前使用的光纖多為石英光纖，它以純凈的二氧化硅材料為主，為改變折射率，中間摻有鍺、磷、硼、氟等。
光纖也是一種同軸性結(jié)構(gòu)，由纖芯、包層和外套三個(gè)同軸部分組成，其中纖芯、包層由兩種折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信號(hào)在纖芯中傳輸, 包層的折射率略小于纖芯，以形成光波導(dǎo)效應(yīng)，防止光信號(hào)外溢。外套一般由塑料制成，用于防止?jié)駳?、磨損和其他環(huán)境破壞。其物理結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。

(1) 大容量。光纖系統(tǒng)的工作頻率分布在1014～1015Hz范圍內(nèi)，屬于近紅外區(qū)，其潛在帶寬是巨大的。目前10 Tb/s/100 km的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已試驗(yàn)成功，通過(guò)密集波分復(fù)用(DWDM)在一根光纖上實(shí)現(xiàn)40 Gb/s/200 km傳輸?shù)膶?shí)際系統(tǒng)已經(jīng)在電信網(wǎng)上廣泛使用，相對(duì)于同軸電纜的幾百兆比特/每秒每千米和雙絞線的幾兆比特每秒/幾千米，光纖比銅導(dǎo)線介質(zhì)要優(yōu)越的多。
(2) 體積小、重量輕。與銅導(dǎo)線相比，在相同的傳輸能力下，無(wú)論體積還是重量，光纖都小得多，這在布線時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。
(3) 低衰減、抗干擾能力強(qiáng)。光纖傳輸信號(hào)比銅導(dǎo)線衰減小得多。目前，在1310 nm波長(zhǎng)處光纖每千米衰減小于0.35 dB，在1550 nm波長(zhǎng)處光纖每千米衰減小于0.25 dB。并且由于光纖系統(tǒng)不受外部電磁場(chǎng)的干擾，它本身也不向外部輻射能量，因此信號(hào)傳輸很穩(wěn)定，同時(shí)安全保密性也很好。
光纖分為多模光纖(MMF)和單模光纖(SMF)兩種基本類型。多模光纖先于單模光纖商用化，它的纖芯直徑較大，通常為50 μm或62.5 μm，它允許多個(gè)光傳導(dǎo)模式同時(shí)通過(guò)光纖，因而光信號(hào)進(jìn)入光纖時(shí)會(huì)沿多個(gè)角度反射，產(chǎn)生模式色散，影響傳輸速率和距離。多模光纖主要用于短距低速傳輸，比如接入網(wǎng)和局域網(wǎng)，一般傳輸距離應(yīng)小于2 km。
單模光纖的纖芯直徑非常小，通常為4～10 μm, 在任何時(shí)候，單模光纖只允許光信號(hào)以一種模式通過(guò)纖芯。與多模光纖相比，它可以提供非常出色的傳輸特性，為信號(hào)的傳輸提供更大的帶寬，更遠(yuǎn)的距離。目前長(zhǎng)途傳輸主要采用單模光纖。在ITU-T的最新建議G.652、G.653、G654、G.655中對(duì)單模光纖進(jìn)行了詳細(xì)的定義和規(guī)范。
另外，為確保光纖施工過(guò)程中連接器、焊接器，以及各類光纖施工工具的相互兼容，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的包層直徑為125 μm，外套直徑為245 μm。
在光脈沖信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，所使用的波長(zhǎng)與傳輸速率、信號(hào)衰減之間有著密切的關(guān)系。通常采用的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)集中在某些波長(zhǎng)范圍附近，這些波長(zhǎng)范圍習(xí)慣上又稱為窗口，目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm為中心的三個(gè)低損耗窗口，在這三個(gè)窗口中，信號(hào)具有最優(yōu)的傳輸特性。在局域網(wǎng)中較常采用850 nm，而在長(zhǎng)距離和高速率的傳輸條件下的城域網(wǎng)和長(zhǎng)途網(wǎng)中均采用1550 nm波長(zhǎng)。

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