光纖傳輸，即以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)進(jìn)行的數(shù)據(jù)、信號傳輸。光導(dǎo)纖維，不僅可用來傳輸模擬信號和數(shù)字信號，而且可以滿足視頻傳輸?shù)男枨蟆?a href="http://www.l9v1c8.cn/?tags=143">光纖傳輸一般使用光纜進(jìn)行，單根光導(dǎo)纖維的數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)幾Gbps，在不使用中繼器的情況下，傳輸距離能達(dá)幾十公里。

光 纖通信技術(shù)應(yīng)用迅速增長，自1977年光纖系統(tǒng)首次商用安裝以來，電話公司就開始使用光纖鏈路替代舊的銅線系統(tǒng)。今天的許多電話公司，在他們的系統(tǒng)中全面 使用光纖作為干線結(jié)構(gòu)和作為城市電話系統(tǒng)之間的長距離連接。提供商已開始用光纖/銅軸混合線路進(jìn)行試驗(yàn)。這種混合線路允許在領(lǐng)域之間集成光纖和同軸電纜， 這種被稱為節(jié)點(diǎn)的位置，提供將光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號的光接收機(jī)，然后信號再經(jīng)過同軸電纜被傳送到各個(gè)家庭。作為一種通信信號傳輸?shù)那‘?dāng)手段，光纖穩(wěn)步替代銅 線是顯而易見的，這些光纜在本地電話系統(tǒng)之間跨越很長的距離并為許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供干線連接。
光纖是一種采用玻璃作為波導(dǎo)，以光的形式將信息從一端傳送到另一端的技術(shù)。今天的低損耗玻璃光纖相對于早期發(fā)展的傳輸介質(zhì)，幾乎不受帶寬限制并具有獨(dú)一無二的優(yōu)勢，點(diǎn)到點(diǎn)的光學(xué)傳輸系統(tǒng)由三個(gè)基本部分構(gòu)成：產(chǎn)生光信號的光發(fā)送機(jī)、攜帶光信號的光纜和接收光信號的光接收機(jī)。

光纖傳輸方式

同軸電纜由于線材本身特性的問題，使得傳輸距離受到限制，在充斥著電磁波的使用環(huán)境中，電磁波的干擾更使同軸電纜傳輸的效率降低，若安裝地點(diǎn)位于多雷區(qū)，兩端設(shè)備還會因雷擊遭到破壞。光纖傳輸具有同軸電纜無法比擬的優(yōu)點(diǎn)而成為遠(yuǎn)距離視頻傳輸?shù)氖走x設(shè)備。

一、光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

㈠傳輸損耗低

損 耗是傳輸介質(zhì)的重要特性，它只決定了傳輸信號所需中繼的距離。光纖作為光信號的傳輸介質(zhì)具有低損耗的特點(diǎn)。如使用62.5/125μm的多模光 纖，850nm波長的衰減約為3.0dB/km、1300nm波長更低，約為1.0ddB/km。如果使用9/25μm單模光纖，1300nm波長的衰減 僅為0.4dB/km、1550nm波長衰減為0.3dB/km，所以一般的LD光源可傳輸15至20km。目前已經(jīng)出現(xiàn)傳輸100公里的產(chǎn)品。

㈡?zhèn)鬏旑l帶寬

光纖的頻寬可達(dá)1GHz以上。一般圖像的帶寬為6MHz左右，所以用一芯光纖傳輸一個(gè)通道的圖像綽綽有余。光纖高頻寬的好處不僅僅可以同時(shí)傳輸多通道圖像，還可以傳輸語音、控制信號或接點(diǎn)信號，有的甚至可以用一芯光纖通過特殊的光纖被動元件達(dá)到雙向傳輸功能。

㈢抗干擾性強(qiáng)

光纖傳輸中的載波是光波，它是頻率極高的電磁波，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般電波通訊所使用的頻率，所以不受干擾，尤其是強(qiáng)電干擾。同時(shí)由于光波受束于光纖之內(nèi)，因此無輻射、對環(huán)境無污染，傳送信號無泄露，保密性強(qiáng)。

㈣安全性能高

光纖采用的玻璃材質(zhì)，不導(dǎo)電，防雷擊；光纖傳輸不像傳統(tǒng)電路因短路或接觸不良而產(chǎn)生火花，因此在易燃易爆場合下特別適用。光纖無法像電纜一樣進(jìn)行竊聽，一旦光纜遭到破壞馬上就會發(fā)現(xiàn)，因此安全性更強(qiáng)。

㈤重量輕，機(jī)械性能好

光纖細(xì)小如絲，重量相當(dāng)輕，即使是多芯光纜，重量也不會因?yàn)樾緮?shù)增加而成倍增長，而電纜的重量一般都與外徑成正比。

二、光纖結(jié)構(gòu)與傳輸機(jī)理

光纖是光波傳輸?shù)慕橘|(zhì)，是由介質(zhì)材料構(gòu)成的圓柱體，分為芯子和包層兩部分。光波沿芯子傳播。在實(shí)際工程應(yīng)用中，光纖是指由預(yù)制棒拉制出纖絲經(jīng)過簡單被復(fù)后的纖芯，纖芯再經(jīng)過被復(fù)，加強(qiáng)和防護(hù)，成為能夠適應(yīng)各種工程應(yīng)用的光纜。

㈠光纖傳光機(jī)理

光波在光纖中的傳播過程是一個(gè)復(fù)雜的電磁場的邊界問題，一般來說，光纖芯子的直徑要比傳播光的波長高幾十倍以上，因此利用幾何光學(xué)的方法定性分析是足夠的，而且對問題的理解也很簡明、直觀。

當(dāng)一束光纖投射到兩個(gè)不同折射率的介質(zhì)交界面上時(shí)，發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。對于多層介質(zhì)形成的一系列界面，若折射率n1＞n2＞n3…＞nm，則入射光線在每個(gè)界面的入射角逐漸加大，直到形成全反射。由于折射率的變化，入射光線受到偏轉(zhuǎn)的作用，傳播方向改變。

光纖由芯子、包層和套層組成。套層的作用是保護(hù)光纖，對光的傳播沒有什么作用。芯子和包層的折射率不同，豈折射率的分布主要有兩種形式：連續(xù)分布型(又稱梯度分布型)和間斷分布型(又稱階躍分布型)。

當(dāng) 入射光經(jīng)過光纖端面的折射后進(jìn)入光纖，除了與軸向方向一致的光沿直線傳播外，其余的光線則投射到芯子和包層的交界面：一種在界面形成全反射，這些光線將與 光軸保持不變的夾角，呈鋸齒狀無損耗地在光纖芯子內(nèi)向前傳播，稱之為傳播光；另外一種在界面處只有一部分形成反射，還有一部分折射進(jìn)入包層，最后被套層吸 收，反射的光線再次到達(dá)界面時(shí)又會有一部分損耗，因而不能傳播，稱為非傳播光。

實(shí)際上進(jìn)入光線的大部分不是上面所將的軸面光，因此還有一種稱為泄漏光，如果芯子和包層的界面十分平坦，這些光線將形成全反射而得到傳播，但事實(shí)上僅部分反射，盡管損耗比非傳播光小還是不能很好地傳播。對于長距離傳輸來說只有傳播光是有意義的。

進(jìn) 入光纖的光線在向芯子包層界面?zhèn)鞑r(shí)，由于芯子折射率逐漸減小，受到一個(gè)向心偏轉(zhuǎn)的作用，與軸線夾角θ小于一定值的光纖不能到達(dá)界面或到達(dá)界面形成全反 射，因而受束于芯子內(nèi)、呈波浪狀無損耗地向前傳播，成為傳播光。其余的光由于有一部分在界面處折射進(jìn)入包層，逐漸被吸收掉而不能傳播。

因此，光纖芯子和包層的折射率及折射率的分布與光纖的轉(zhuǎn)播特性有密切關(guān)系。

㈡光纖的分類

可以從不同的角度對光纖進(jìn)行分類，如構(gòu)成光纖的材料、制造方法、光纖芯子包層折射率的分布和光纖可以傳播光的模數(shù)等。

構(gòu)成光纖芯子和包層的材料主要有：多組合玻璃、高純度石英玻璃和低損耗鹵化物材料等。不同的材料其預(yù)制棒的制備和光纖的拉制方法也不同。目前應(yīng)用叫多的是高純度石英玻璃光纖(石英光纖)，其材料制備技術(shù)、光纖的傳輸特性和強(qiáng)度等方面具有綜合的優(yōu)越性。

光纖芯子和包層的折射率分布與光纖材料、拉制方法以及光纖的結(jié)構(gòu)有關(guān)，除了前面提到的梯度分布型和階躍分布型外還有單材料光纖、環(huán)形光纖、W型光纖等都屬于階躍分布型光纖，結(jié)構(gòu)上各有特點(diǎn)。

也 可以按照傳播光的模數(shù)來區(qū)分。我們可以將一條光線理解為代表一個(gè)模，或者是不同的模代表不同的角度的入射光，光的波動原理認(rèn)為光纖只能允許有限的離散樹木 的光(或模)傳播。光纖中可傳播的數(shù)目是芯子的橫截面積和芯子中心與包層間的折射率差的函數(shù)，與其成正比關(guān)系。當(dāng)光纖就只允許一個(gè)模的光傳播就是單模光 纖。單模光纖由于只傳播軸線關(guān)，因此不存在模色散，具有很大的信息載送容量。多模光纖一般可有幾百和低損耗的傳播模。容易與光源和大面積探測器耦合。

按照制造方法還可以分為CVD(化學(xué)汽相沉淀法)、MCVD(改進(jìn)化學(xué)汽相沉積法)等。

㈢光纖的特性

光纖的特性包括傳播特性、幾何參數(shù)和芯子包層折射率差等基本特性。傳輸特性則主要表現(xiàn)在光纖的損耗和帶寬兩個(gè)方面。

⒈數(shù)值孔徑NA

它代表光纖芯子與包層之間的折射率差，是光纖一個(gè)最重要的基本特性。NA是反映光纖芯子包層折射率關(guān)系的參數(shù)，折射率差越大，NA越大，光纖可以接收并傳播的光越多，即與光纖可傳播的模數(shù)成正比。因此在某種意義上數(shù)值孔徑表示了光纖集光的能力。

⒉傳輸損耗

這是光纖一項(xiàng)重要的光學(xué)特性，它很大程度上決定了傳輸信號所需中繼的距離，也關(guān)系到系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。引起光纖損耗的原因有材料吸收、散射損耗和結(jié)構(gòu)缺陷等。

材 料吸收是一種損耗機(jī)理。由于光纖不可能是完美的圓柱體，某些參數(shù)會沿長度方向呈周期的變化，這些參數(shù)既可以是折射率分布，也可以是幾何參數(shù)，即可以是沿長 度方向的變化，也可以是軸線相對于直線的偏離。這就會引起一個(gè)傳播上光功率部分地轉(zhuǎn)移到另一模上去，這就是散射。如果轉(zhuǎn)移模為非傳播模就產(chǎn)生了散射損耗。 散射損耗是按1/λ4的比例形成的，因此選擇長波工作是有好處的。有些小的參數(shù)變化，如材料成分、應(yīng)力等是可以通過改進(jìn)制作技術(shù)來減小的，但有些小的折射 率變化是光纖拉制過程中熱擾動形成的不能完全消除，它決定了光纖散射損耗的最低極限。

光纖結(jié)果缺陷，如芯子包層界面不光滑、氣泡、應(yīng)力、直徑的變化和軸線彎曲等都會引起光纖的傳輸損耗，所以提高光纖結(jié)構(gòu)的完美和一致性是拉纖工藝的重要任務(wù)致意。

光纖的損耗是以每公里分貝(dB/km)來計(jì)量。石英光纖有三個(gè)低損耗波長區(qū)——0.85μm、1.3μm、1.55μm。氟化物光纖的損耗更低。

⒊傳輸帶寬

它表示光纖的傳輸速率，主要受到光纖色散的限制。當(dāng)光脈沖沿光纖傳播時(shí)，每個(gè)脈沖都會隨著距離的增加而展寬，最后相鄰的脈沖發(fā)生重迭，這就限制了光纖傳送信息的速率，限制了光纖傳輸帶寬，導(dǎo)致光脈沖展寬的機(jī)理是光纖的色散，包括材料色散、波導(dǎo)色散和模色散。

材料色散的物理意義是：光在介質(zhì)中的傳播速度與折射率成反比，光纖材料的折射率是隨波長變化的，因此不同波長的光在光纖中傳播的速度不同。波長越短，色散越嚴(yán)重。

波導(dǎo)色散是由于波長不同的光線在光纖中運(yùn)行的軌跡不同、渡越時(shí)間也不同所造成的。對于同一模來說，不同波長的光在光纖中將走循不同的軌跡，有著不同的渡越時(shí)間，引起波導(dǎo)色散。與材料色散相反，波長越長波導(dǎo)色散越嚴(yán)重，同時(shí)光纖芯子直徑越小，波導(dǎo)色散越嚴(yán)重。

模色散也稱模間色散。對于同一波長的入射光，不同入射角的光纖代表不同的模，不同模在光纖中行走的路徑不同，渡越時(shí)間也不同，從而形成模色散。模色散隨著光纖芯子直徑的減小而減小，當(dāng)直徑小到一定程度時(shí)光纖成為只允許傳輸一個(gè)模的單模光纖，就不存在模色散了。

在 1.3μm波長處，光纖的波導(dǎo)色散與材料色散相抵消，因此理論上可以制造1.3μm的零色散單模光纖，如果將石英單模光纖的零色散波長1.3μm移到最低 損耗波長1.55μm處，就可以制造色散移位(DS)單模光纖。如果能夠在長波長范圍內(nèi)的兩個(gè)零色散波長，使光纖在寬范圍內(nèi)色散都很低，即可制成色散平坦 單模光纖。

光纖的色散與光纖的長度或信號的傳輸距離有關(guān)，因此光纖的傳輸帶寬是傳輸距離的函數(shù)，常用帶寬距離乘積來計(jì)量光纖的傳輸帶寬，而對單模光纖則常用色散值來表示傳輸特性。

三、光纜

光纜是對光纖進(jìn)行防護(hù)、加強(qiáng)后使之成為具有實(shí)用價(jià)值的傳輸介質(zhì)。

㈠光纜的設(shè)計(jì)目標(biāo)

光纜設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：避免產(chǎn)生纖芯的微彎損耗；避免使纖芯的表面受到損傷；保證光纜具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、良好的密封性和防潮性能；對多芯光纜要便于識別每根纖芯；合理的重量、體積和纖芯空間分布。

㈡光纜的結(jié)構(gòu)

常用的光纜分為層絞式和骨架式，其它還有單位式、軟線式、帶狀等型式。

層絞式是一根限位加強(qiáng)塑料或鋼絲構(gòu)成中心加強(qiáng)件外環(huán)繞一層緩沖層，多根纖芯均勻地分布在緩沖層外、螺線狀環(huán)繞著中心加強(qiáng)件，纖芯層的外面再形成一緩沖層，最后是防水被復(fù)，通常采用聚乙烯鋁被復(fù)。

骨 架式光纜采用一包含一根中心鋼絲的特殊形狀的塑料骨架，纖芯疏松地放置在骨架周圍的空腔中。纖芯同樣是螺線狀地環(huán)繞著中心鋼絲，這就保證了在光纜折彎時(shí)， 避免纖芯承受附加的應(yīng)力。光纜最外層也是防水被復(fù)。為了提高光纜的防潮性能，有些光纜在骨架的空腔中灌注防潮密封膠，纖芯是浮在密封膠中，因此具有極好的 防潮密封性。

多芯單元式結(jié)構(gòu)是將幾根纖芯疏松地裝在一個(gè)護(hù)套中，形成一個(gè)單元，幾個(gè)單元再環(huán)繞中心加強(qiáng)體的周圍。
中心加強(qiáng)件(中心鋼絲)在施工中承受絕大部分牽引力，因此決定了光纜的抗拉強(qiáng)度，鋁套和骨架則提高了光纜的抗側(cè)壓強(qiáng)度。

根據(jù)光纜所含纖芯數(shù)量分為單芯和多芯光纜，干線應(yīng)用中多為多芯光纜，各點(diǎn)分路時(shí)多為單芯光纜。

四、光源

㈠光纖傳輸用光源

光 源是光纖傳輸系統(tǒng)中的重要器件之一。光纖傳輸用的光源與其它應(yīng)用的光源具有完全不同的要求。其本聲本身并不需要很大的功率，但要有很好的穩(wěn)定性和足夠的壽 命。其幾何尺寸和結(jié)構(gòu)型式應(yīng)與光纖相匹配，并保證有足夠的光功率進(jìn)入光纖。為了得到好的傳輸效果，光源應(yīng)在光纖的低損耗和低色散波長處輸出。同時(shí)要求信號 調(diào)制容量大，調(diào)制頻率可低至音頻，高至幾GHz以上。根據(jù)這樣的要求，能夠適用于光纖傳輸?shù)墓庠淳蛢H限于少數(shù)體積小、價(jià)格低又易于調(diào)制的固體器件。

⒈發(fā)光二極管(LED)

發(fā)射波長為0.8～0.9μm或1.1～1.5μm的發(fā)光二極管是最簡單的固體光源，在光纖傳輸中得到大量的應(yīng)用。它可以提供足夠的輸出規(guī)律和中等程度的光譜寬度，可以方便地直接調(diào)制，有長的工作壽命，價(jià)格也較低廉。
LED的設(shè)計(jì)要求之一是具有能夠輸出其輻射的結(jié)構(gòu)，獲得有效的外部光功率，便于與光纖耦合，產(chǎn)生較高的入纖功率。有兩種結(jié)構(gòu)型式的LED：表面發(fā)光二極管和端面發(fā)光二極管。

表 面發(fā)光二極管在小面積的有源區(qū)發(fā)光，光沿著垂直于結(jié)平面的方向通過有源區(qū)上面的一個(gè)很薄的或透明的半導(dǎo)體層輸出。小面積的有源區(qū)有利于較高電流密度的散 熱，把有源區(qū)作成小的圓面，直徑通常為75～100μm，上面的半導(dǎo)體層非常薄(10～15μm)，這樣光纖的端面可以非常接近有源區(qū)，獲得很好的耦合。 散熱LED很重要的問題，結(jié)溫度的上升將引起輸出功率的下降。異質(zhì)結(jié)型比同質(zhì)結(jié)型LED發(fā)光效率和輸出光效率高，但散熱性能不如同質(zhì)結(jié)型。

端 面發(fā)光二極管是直接從暴露的有源區(qū)的一個(gè)端面輸出輻射。高效率的端面發(fā)光二極管發(fā)射出來的光形成一個(gè)比較定向的光束，因此有利于把發(fā)射光耦合進(jìn)光纖，特別 對于小口徑光纖這種方式就更優(yōu)越了。由于有源層的折射率高于兩側(cè)，形成波導(dǎo)效應(yīng)，將發(fā)射光限制于有源層內(nèi)，在一個(gè)端面鍍上全反射膜，而在另一個(gè)相對的端面 (即輸出端面)鍍上抗反射膜，就會使光線比較集束的從一個(gè)端面發(fā)射出來。由于光是從十分小的端面發(fā)射出來，所以端面的有效亮度非常高，與光纖耦合時(shí)，在端 面放置一個(gè)很有效的，因?yàn)槠骷某龉饷嬉∮诠饫w的橫截面積。

⒉半導(dǎo)體激光器(LD)

半 導(dǎo)體激光器所發(fā)射的光譜寬度比發(fā)光二極管要窄得多，一般都小于1nm。在材料色散是限制傳輸帶寬的主要因素時(shí)是非常優(yōu)越的。激光器即使有幾個(gè)模式同時(shí)振 蕩，在與多模光纖耦合時(shí)效率高于50%，比LED 高得多。因此，與LED發(fā)出相同輸出功率的激光器耦合進(jìn)入光纖的光功率要比LED高15至20dB。同時(shí)，在正常的偏置條件下，其調(diào)制頻率可高達(dá)1GHz 以上，所以在長距離、高速率傳輸系統(tǒng)中非常適用。

㈡光源的特性

⒈光譜特性

這是光源的基本特性，通常采用光源的波長λ和光譜寬度Δλ(光功率3dB的寬度，又稱為半值寬度)來表示。傳輸損耗和由材料色散所限制的傳輸速率均與光源的波長和光譜寬度有關(guān)。

⒉功率效率

對 于光源的工作效率，尤其是LED，測量總的輸出功率是沒有實(shí)際意義的，因?yàn)椴皇撬屑拥蕉O管上的電功率都能轉(zhuǎn)換為輸出光功率，更不是所有的輸出光功率都 能耦合進(jìn)入光纖獲得實(shí)際應(yīng)用。所以一般采用有用功率效率這一指標(biāo)，它表示實(shí)際接收的光功率與加到二極管上的電功率之比。實(shí)際接收的光功率是與光源的結(jié)構(gòu)、 光纖的耦合方式有關(guān)，如表面發(fā)光二極管采用大數(shù)值孔徑光纖在二極管碗口處直接耦合來提高有用功率，也就提高了有用功率效率。

耦合效率也是一個(gè)十分有用的指標(biāo)，它是注入光纖的光功率與光源輸出光功率之比。一般LED的耦合效率為百分之幾，LD的耦合效率可達(dá)50%。另外，出纖率也是一個(gè)經(jīng)常使用的指標(biāo)。

⒊輸出特性

光 源的輸出特性表示了工作電流和輸出光功率(或出纖率)之間的關(guān)系。LED的輸出特性在很寬的范圍內(nèi)具有良好的直線性，當(dāng)注入電流達(dá)到一定值時(shí)，呈現(xiàn)飽和狀 態(tài)。LD的輸出特性曲線出現(xiàn)有一個(gè)拐點(diǎn)，它對應(yīng)于受激發(fā)光的閾值，注入電流低于閾值時(shí)，只有很低的發(fā)射輸出，器件處于LED狀態(tài)；當(dāng)注入電流超過閾值時(shí)， 開始產(chǎn)生受激發(fā)射，產(chǎn)生高功率的光輸出，有一段很好的線性區(qū)。

光源的輸出特性是設(shè)計(jì)光發(fā)射機(jī)時(shí)選取靜態(tài)工作點(diǎn)、確定電信號的調(diào)制幅度的重要依據(jù)。保證光源工作在良好的線性段是保證傳輸系統(tǒng)線性的關(guān)鍵，尤其是對模擬信號，如視頻信號的傳輸減小非線性時(shí)針是該很重要的。

⒋效率和調(diào)制帶寬

光 源的輸出功率、功率效率與注入電流有關(guān)，也與光源有源層的幾何尺寸、材料摻雜濃度等因素有關(guān)。光源的調(diào)制速度(直接由載有信息信號電流加以調(diào)制)也與這些 因素有關(guān)。目前的工藝對于影響效率和調(diào)制速度的參數(shù)可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，但二者相互制約，不可能同時(shí)獲得大的輸出功率和高的調(diào)制速度。調(diào)制帶寬對應(yīng)于直接調(diào) 制速度，是按照電信號的帶寬定義的，也就是說，高輸出的器件只能以低速率直接調(diào)制，具有較低的調(diào)制帶寬。若要獲得高的調(diào)制速度就必須犧牲輸出功率。

⒋壽命

工作壽命表示光源的輸出功率降低至初始值一半時(shí)的工作時(shí)間。LED一般可達(dá)107，比LD的壽命長得多。

㈢光源的調(diào)制

與 電波通訊一樣，必須把信息搭載到光波上，也就是對光波進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制可以是模擬的，也可以是數(shù)字的，采用方法要根據(jù)系統(tǒng)要求、綜合光纖傳輸特性、探測器特 性以及光源自身特性決定。模擬方式設(shè)備簡單、價(jià)格有優(yōu)勢，盡管其要求的高信噪比限制了其只能應(yīng)用于較窄帶寬和較短距離的場合。數(shù)字方式是應(yīng)用于寬帶長距離 系統(tǒng)的理想方式。

對于發(fā)光二極管，改變注入電流的就可以LED的輸出光功率，也就實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)調(diào)制。對于半導(dǎo)體激光器，通過改變驅(qū)動電流來進(jìn)行直接調(diào)制。

常見的調(diào)制方式包括：IM(光強(qiáng)調(diào)制)、PCM(脈碼調(diào)制)、FM(調(diào)頻)、AM(調(diào)幅)、PFM(脈沖頻率調(diào)制)。

五、探測器

探 測器與光源一樣也是光纖傳輸系統(tǒng)中的另一主要器件，與光源相反，探測器解調(diào)光信號，把光信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化。對探測器的主要要求有：在工作波段 上有足夠的靈敏度和帶寬；引入的噪聲要低，工作穩(wěn)定性好；結(jié)構(gòu)上便于與光纖耦合及與處理電路組合等。常用的探測器有半導(dǎo)體光電二極管和雪崩二極管 (ADP)。

六、光纖傳輸系統(tǒng)

㈠光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?，因此光發(fā)射機(jī)完成E/O轉(zhuǎn)換核心器件是光源，而光接收機(jī)完成的是O/E轉(zhuǎn)換，核心器件是探測器。因此光纖傳輸系統(tǒng)的三要素為光源、光纖、探測器。

⒈光載波波長的選擇

應(yīng)該從兩個(gè)方面考慮，一是在該波長處探測器能良好的工作，二是光纖在該波長處的損耗和色散性能良好。傳輸距離較短的系統(tǒng)對光纖損耗和色散要求不十分苛刻，波長選擇時(shí)應(yīng)實(shí)際考慮光源和探測器的成本。

⒉光源的選擇

光源的選擇除了與波長有關(guān)外，還要涉及系統(tǒng)的調(diào)制方式、傳輸帶寬(傳輸速率)及成本因素。LD價(jià)格比LED要高，驅(qū)動電路也比LED復(fù)雜，壽命比LED短。因此。LED是一種實(shí)用、廉價(jià)的光源器件，對于大多數(shù)5km以下的應(yīng)用是足夠的。

LD的入纖功率比LED要高10到25dB，在噪聲為主要限制因素的應(yīng)用中，LED顯然是很不利的，況且LD在避免材料色散方面也很有利，所以在高速度、長距離系統(tǒng)中LD要優(yōu)于LED。

⒊探測器的選擇

與PIN二極管相比，雪崩二極管可以提高接收機(jī)的靈敏度，但價(jià)格較高，對溫度敏感，需要一個(gè)復(fù)雜的電路來保證工作穩(wěn)定。

⒋光纖的選擇

光纖的選擇主要考察的是單模與多模之間的選擇，也包括折射率差和折射率分布等。

采用LED做光源，為了傳輸盡可能多的光功率必須選擇多模光纖，而且希望有大的折射率差。梯度光心對于減小模間色散有一定好處。

采用LD做光源，既可以使用單模光纖，也可以采用多模光纖。單模光纖截面積小(5～10μm)，光纖接續(xù)比多模光纖要困難。在高速率的系統(tǒng)中LD與單模光纖耦合最佳。

㈡視頻傳輸?shù)南到y(tǒng)

寬帶是視頻信號的特點(diǎn)，應(yīng)用電視中主要采用模擬基帶方式和PFM方式傳輸。

⒈傳輸?shù)奶匦?/p>

信 號噪聲比(S/N)：S/N影響圖像分辨力，關(guān)系到主觀測試效果。影響S/N的因素主要有光路(光纖)的損耗，光源的功率和探測器的靈敏度。除了合理的選 擇光源和探測器外，在計(jì)算光路損耗時(shí)要包括光源與光纖的耦合，光連接器的損耗，光纖接頭的損耗，當(dāng)然主要是光纖的長度損耗，首先提出探測器的接收光功率， 然后根據(jù)光路損耗折算出光源功率。采用PFM方式可以減小損耗對S/N的影響，但會出現(xiàn)三角噪聲，這一點(diǎn)可通過對視頻信號進(jìn)行預(yù)加重來減輕。

幅 頻特性：構(gòu)成10MHz傳輸帶寬的光纖傳輸系統(tǒng)很容易，所以對于基帶傳輸來說不存在大的問題。幅頻特性決定了圖像的分辨力，而幅頻特性的平坦性又影響到彩 色圖像的色飽和度和色調(diào)。一般來說光系統(tǒng)對幅頻特性的影響不大，大對于多路視頻傳輸來說，光源的調(diào)制帶寬和探測器的響應(yīng)速度將會引起圖像的線性失真。
線性失真：通常采用脈沖和條子信號來測試，影響線性失真的主要因素是光纖的色散，而光源的光譜寬度也有一定的關(guān)系，激光器與單模光纖的耦合具有極小的線性失真。

非線性失真：主要指DG和DP，主要是由光源的非線性引起，需要通過光端機(jī)電路進(jìn)行補(bǔ)償

⒉典型的視頻傳輸系統(tǒng)

視頻模擬基帶傳輸是一種最為簡單的系統(tǒng)，通?？梢缘玫?0MHz以上帶寬，傳輸距離可達(dá)數(shù)公里，是電視信號傳輸應(yīng)用最廣泛的方式。這些系統(tǒng)多LED光源。

PFM 傳輸方式具有模擬和數(shù)字調(diào)制兩者的優(yōu)點(diǎn)，比模擬方式更適合于長距離傳輸并便于中繼放大，又不像數(shù)字方式那樣高成本，是視頻信號傳輸?shù)囊环N經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式。 PFM的關(guān)鍵在于調(diào)制與解調(diào)，光源驅(qū)動和光接收預(yù)放等與其它型式的系統(tǒng)相同。采用LD光源和APD探測器PFM可以實(shí)現(xiàn)幾十公里高質(zhì)量的無中繼傳輸。

㈢常見的多路傳輸方式

實(shí) 現(xiàn)多路傳輸對降低系統(tǒng)成本、提高資源利用率很有好處。常見方式有頻分復(fù)用(FDM)和波分復(fù)用(WDM)方式。前者是利用電信號的頻分多路技術(shù)，將多路信 號形成一寬帶載頻信號，然后由一路光纖傳輸，在接收端再分路解調(diào)形成多路輸出。而后者是利用光波波長的復(fù)用，在一路光纖中傳輸多路光載波。

㈣光路的建立

⒈光纖的接續(xù)

光 纖的接續(xù)有兩種方法：一是熔接，二是使用連接器。前者是在永久性系統(tǒng)和要求低損耗和高可靠性的場合采用的方法。后者是一種可拆卸的方式，適合于短期系統(tǒng)。 光纖連接器大部分采用精確的幾何定位的方法，使良好的光纖端面能夠精確地對中，保證光功率能從一根光纖最大限度地進(jìn)入另一個(gè)光纖。連接器的主要型式有圓椎 定位型和異槽型定位型。按照光耦合方式分，有直接耦合和透鏡耦合方式。單模光纖的芯徑很小，對連接器的精度要求就更高。連接器造成的光纖接續(xù)的偏差同熔接 是一樣的，要求有高精度的加工以減小光纖軸向、橫向和角度差，保證良好的光耦合，同時(shí)要有足夠的插拔次數(shù)，反復(fù)使用仍具有高的精度。

⒉合光器和分光器

合光器和分光器是實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用多路傳輸?shù)墓鈱W(xué)器件。分光器的結(jié)構(gòu)型式有棱鏡、干涉膜濾波器和衍射方式。分光與合光是互逆的器件，只要把入射和出射方向更換一下分光器就變成合光器了。

對于復(fù)用波長較少的情況采用干涉膜容易實(shí)現(xiàn)，工藝穩(wěn)定。光纖與干涉膜的偶合常采用平凸棒透鏡和自聚焦透鏡方式。后者是一種經(jīng)濟(jì)方便的方式，由于自聚焦透鏡(聚焦棒)在1/4λ節(jié)距時(shí)，具有準(zhǔn)直光餓會聚光的作用，故而耦合效率高，易于調(diào)節(jié)。

波分復(fù)用是光纖傳輸提高傳輸信息容量的一項(xiàng)有效方法。它可以降低成本，尤其在已經(jīng)鋪設(shè)好光纜的情況下，使傳輸容量成倍增加。

⒊光纜接頭的防護(hù)裝置

由于熔接后的光纖是裸露的因此必須進(jìn)行防護(hù)。防護(hù)裝置的功能主要有：

⑴保證接頭部分的密封性，防止潮濕進(jìn)入防護(hù)腔內(nèi)。因?yàn)槌睗袷且鸸饫w損耗增加和壽命降低的主要原因。另外也防止內(nèi)部機(jī)械件的銹蝕而失去原有的功能。

⑵能夠很好地安放剩余的光纖。光纖的熔接必須有一定的余量，還可能出現(xiàn)余量長度不同的情況，因此必須安放這些光纖，這就要求有足夠的尺寸，使之可在最小折彎限度以上順暢的盤放，并很好地固定。

⑶可靠地固定光纜接頭，以保證加上防護(hù)裝置后，光纜仍有一定機(jī)械強(qiáng)度。

⑷要便于現(xiàn)場的操作與使用。光纜接頭防護(hù)主要在室外，防護(hù)裝置最好不需要特殊工具和方法就能安裝，具有好的工程性能。

常用的防護(hù)裝置一般是一些機(jī)械結(jié)構(gòu)件為腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有防止剩余光纖的空間和固定光纜端頭和光纖的結(jié)構(gòu)。光纜的出入口要采用一定的密封技術(shù)，腔體的結(jié)合處也要采用密封裝置。