刍议光纤通信中光纤特点及应用研究

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摘要：随着当前我国各项通信技术的提升和发展，人们的经济生活水平及质量已经得到显著提升。光纤通信技术在使用的过程中，在提升信息传输质量及减少可能产生的串扰等方面具有实用效果。光纤通信技术在全球电信通信行业和有线电视网的干线及分配网等领域被广泛的应用。在光纤通信的发展中，光纤的特性对光纤通信系统的影响越来越得到重视。

关键词：光纤通信；光纤特点；应用

中图分类号： U285 文献标识码： A

前言

随着互联网技术的发展，社会经济的发展对通信带宽提出了越来越高的要求，这些要求直接推动了现代光纤通信系统高速化、宽带化、智能化的发展。在这样的技术环境下，随着光纤放大器技术的成熟与广泛运用，光纤的特性对系统影响的研究越来越深入。光纤特性中的衰减因素已不再是限制陆地光传输系统性能的主要原因，而色散、偏振模色散和非线性效应则成为了影响现代光纤通信性能指标的主要因素，在光纤通信广泛应用的环境下，对光纤的研究也显得越来越重要，本文通过介绍了光纤的种类及一些结构特点，并对光纤的维护应用进行了研究。

1.光纤的种类

按光纤的材料分类有石英光纤和全塑料光纤；按折射率剖面分类有阶跃和梯度光纤；按工作波长分类有短波长、长波长和双窗口光纤之分,按传输模数分类,光纤可分为多模和单模光纤两种。传输的波模为多个称多模光纤(MMD),它有阶跃(SI)和渐变(GI)两种类型,截面均为50nm.km，工作波长为800nm，传送频带前者最高为50MHz.km，后者为1GHz.km。多模光纤因各模式群速不同因而导致信号色散现象，这是多模光纤的典型传输特点。

传输的波模仅1个的为单模光纤(SMF)，它的工作波长分别为1310nm和1550nm，光纤直径为10nm，传输频带都为10GHz.km，现在的接人网中均采用单模光纤传送几十套电视节目。单模光纤分G.652，G.653，G.654三种不同类型。G.652是目前最常用的单模光纤，被称为1310nm波长性能最佳的光纤,也叫色散未移位单模光纤。其纤芯折射率分布为匹配包层和下陷包层两类，都可在双窗口波长工作，在1310nm时,理论色散值为零；在1550nm时,传输损耗最低；而G.653光纤通过改变折射率分布,使零色散点从1310nm移至1550nm,使光纤最小衰减窗口和零色散窗口均统一在1550nm波长上,G.653光纤也叫色散位移光纤；G.654光纤是1550nmnm波长损耗最小的光纤，设计这种光纤时，主要考虑怎样降低1550nm处的衰减,其零色散点仍在1310nm波长处，这类光缆主要用于海底光纤通信。

2.光纤的特性

光纤的特性主要有色散、偏振模色散和非线性效应等。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输带宽。

2.1光纤损耗

在信号传输的过程中，都希望信号传得越远越好，因各种原因都会使光纤产生损耗，因此光纤损耗的大小起着关键性的作用，那么传输损耗就是光纤最重要的特性之一，光纤的损耗主要来自于以下几方面：

(1)光纤结构造成的损耗。纤芯和包层虽属石英玻璃介质，因各自掺杂剂材料的不同，其折射率不同。折射率高的材料，瑞利散射损耗大，反之折射率低的材料，瑞利散射损耗较小。

(2)光纤的弯曲损耗。光纤弯曲曲率的大小会引起辐射损耗大小的变化，若光纤自身细微的弯曲部分连接起来，会产生光纤连续微弯，引起损耗增加。

(3)吸收与散射损耗。光在纤芯中传输时，有部分光能在材料中被吸收，因而引起损耗，这就 要求生产光纤时所用的材料尽量不吸收光能,减少不必要的损耗。散射损耗是指已被散射的光向着包层之外泄漏，或者朝逆方向返回。引起逆方向的传输损耗。

(4)光纤的熔接损耗。光纤熔接会产生接头损耗,所以光纤的熔接损耗是由操作人员和熔接机控制的，应以最高的技术最好的熔接机来达到光纤熔接后的最低损耗值。

2.2色散

光纤放大器技术的成熟和广泛运用成功地改善了光纤损耗对陆地光通信系统性能的影响，但由于光纤放大器是仅对光信号进行功率补偿的模拟器件，并不能直接完成光信号的再生，色散的累积将导致光信号在传输过程中出现脉冲展宽并产生严重的码间串扰，因此，色散已成为目前限制光通信高速率和长距离发展的主要原因之一。因此，色散和色散斜率是影响高速光通信系统长距离传输的重要因素。改善色散、色散斜率对系统性能的影响在系统规划时应当考虑选择合适的光纤作为传输介质，同时也可以依靠色散补偿技术来实现。单模光纤的色散主要包括材料色散(CD)和波导色散(认心)，其中材料色散主要由制造光纤的材料的色散特性、掺杂物质的色散特性以及光纤制造工艺决定，波导色散主要由光纤剖面结构决定。

2.3偏振模色散(PMD)

光信号在单模光纤中是以两个相互正交的线性偏振模式进行传输的，理论上，如果光纤在材质均匀度、物理性状等方面均无缺陷，则这两个偏振模将会以相同的速度传输。但在实际的光纤制造、运输、敷设安装等过程中，无法避免地会产生光纤材质、形状和应力上的各向异性，在光纤的物理特性上就表现为光纤几何尺寸不规则，导致光信号传输管道物理性状的不理想，使得两个偏振模式出现传输群速度差，形成偏振模色散，最终导致光脉冲的展宽。同时，由于偏振随机模藕合对环境条件、温湿度、光源波长的波动敏感，使得偏振模色散成为随时间变化且与波长相关的统计量，统计分布规律与麦克斯韦尔分布对应。

随着系统传输速率达到10Gb/s特别是40Gb/s时，曾经被忽视的偏振模色散对系统性能产生了越来越严重的影响，并且由于其统计特点，使得其对系统性能的影响很难消除。要获得最好的系统传输性能，应当在系统规划时做好充足的考虑，采取例如选择合适的低偏振模色散光纤和器件、规定合适的信号调制格式、应用前向纠错编码等技术措施，实在不能满足系统要求时还应采取其他的补偿措施。

2.4非线性效应

随着光纤内传输功率和占用带宽的增大,光纤中的非线性效应显著增强，成为限制尤其是密集波分复用系统性能的主要因素，光纤中的非线性效应主要由受激非弹性散射和非线性折射率引起。对于受激非弹性散射引起的非线性效应，应当从降低光纤截面的功率谱密度方面考虑。对于长距离通信的实现不能盲目依靠增加输人光功率的方法实现，而应综合考虑，通过增大光纤有效模场直径等方式将会是较好的解决办法。对于非线性折射率引起的非线性效应，主要应当从降低介质非线性方面考虑，例如在系统中引人适当的色散来抑制FWNI等，利用色散来破坏相互作用信号的相互匹配，从而实现对FWM的抑制，非零色散位移光纤(G.655)在实际系统中的应用就是一个例子。

3.光纤通信技术的应用

由于所采用光纤的参数对高速密集波分系统性能和传输距离的影响非常大，应在建设程序中明确要求光缆线路竣工后需对光纤线路的衰减、色散和偏振模色散等特性进行详细、准确地测试，为随后的设备采购、网络规划提供重要的技术资料对于采用了补偿技术的高速密集波分系统，应对补偿技术采用后的整个系统性能进行系统带内测试，以确定残余色散量是否能够满足系统需要。另外，在运营过程中也应加强对光缆线路中光纤特性进行定期跟踪测试，特别要强化对光纤的色散和偏振模色散特性测试和对数据的统计整理。

现代光纤通信技术中数字传播技术(SDH)的应用是主流。其交叉连接的数字设备是具有一个或多个信号的端口，这个端口可以实现对任意之间的信号的控制，它具有配线、复用、保护、恢复、网管及监护多层次的功能。

再生器的应用也属于现代光纤传输技术的一种，其位于传输链的中间环节，能够实现STM―N信号的接收，并通过适当的处理，使信号能够按照规定的波形、幅度和定时特性能够继续向前传送。

在SDH网中，通常采用环型自愈网实现保护的方式，来达到增强自身通信的可靠性的目的。环型自愈网保护，即是指把各个ADM的节点构成一个环型，在某个网元或某段线路出现故障问题时，可以利用ADM的智能作用，来寻找替代的路由，来对所要传输的信号进行保护。

SDH传输网是通过一些SDH网络单元构成的，在微波、光纤或卫星上进行信息的同步传送，融传输、复接、交换功能于一身，进行统一的网络操作管理的综合信息网。其可以实现对网络的有效管理、网络的动态维护、业务性能的监视等功能，并能够使网络资源的利用率得到有效的提高，来满足电视广播干线传输网的信息交换与传输的要求。对广播电视传输质量的提高是一次质的飞跃，正因为这样，SDH技术正发展成为电视广播领域信息传输技术方面发展和应用热点，也使得现代光纤通信传输技术的综合应用得到更好的发展。

4.结论

光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一，在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用，在全球通信领域及相关行业光纤通信技术发展迅速。综上所述，在光纤通信系统规划过程中，必须综合考虑光纤衰减、色散、偏振模色散和非线性效应等光纤特性对光纤通信的影响，同时还应充分考虑扩容空间预留，为中长期发展奠定基础。只有这样才能使得光纤通信健康快速的发展，并对社会发展与进步做出巨大的贡献。

参考文献：

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[2]辛化梅，李忠.论光纤通信技术的现状及发展[J].山东师范大学学报(自然科学版),2003,(04).