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(hào)傳輸。光導(dǎo)纖維，不僅可用來(lái)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，而且可以滿足視頻傳輸?shù)男枨蟆?a href="http://www.voyog.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(zhǎng)，自1977年光纖系統(tǒng)首次商用安裝以來(lái)，電話公司就開(kāi)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(zhǎng)距離連接。提供商已開(kāi)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(hào)的光接收機(jī)，然后信號(hào)再經(jīng)過(guò)同軸電纜被傳送到各個(gè)家庭。作為一種通信信號(hào)傳輸?shù)那‘?dāng)手段，光纖穩(wěn)步替代銅 線是顯而易見(jiàn)的，這些光纜在本地電話系統(tǒng)之間跨越很長(zhǎng)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(duì)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(wú)二的優(yōu)勢(shì)，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(hào)的光發(fā)送機(jī)、攜帶光信號(hào)的光纜和接收光信號(hào)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(wèn)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(huì)因雷擊遭到破壞。光纖傳輸具有同軸電纜無(wú)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(hào)所需中繼的距離。光纖作為光信號(hào)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(zhǎng)的衰減約為3.0dB/km、1300nm波長(zhǎng)更低，約為1.0ddB/km。如果使用9/25μm單模光纖，1300nm波長(zhǎng)的衰減 僅為0.4dB/km、1550nm波長(zhǎng)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(yǔ)音、控制信號(hào)或接點(diǎn)信號(hào)，有的甚至可以用一芯光纖通過(guò)特殊的光纖被動(dòng)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(wú)輻射、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，傳送信號(hào)無(wú)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(chǎng)合下特別適用。光纖無(wú)法像電纜一樣進(jìn)行竊聽(tīng)，一旦光纜遭到破壞馬上就會(huì)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(huì)因?yàn)樾緮?shù)增加而成倍增長(zhǎng)，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(guò)簡(jiǎn)單被復(fù)后的纖芯，纖芯再經(jīng)過(guò)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(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的電磁場(chǎng)的邊界問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，光纖芯子的直徑要比傳播光的波長(zhǎng)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(duì)問(wèn)題的理解也很簡(jiǎn)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(duì)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(duì)光的傳播沒(méi)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(guò)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(wú)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(huì)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(duì)于長(zhǎng)距離傳輸來(lái)說(shuō)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(wú)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(duì)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(lái)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(dòng)原理認(rèn)為光纖只能允許有限的離散樹(shù)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(cè)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(hào)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(huì)沿長(zhǎng)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(zhǎng) 度方向的變化，也可以是軸線相對(duì)于直線的偏離。這就會(huì)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(zhǎng)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(guò)改進(jìn)制作技術(shù)來(lái)減小的，但有些小的折射 率變化是光纖拉制過(guò)程中熱擾動(dòng)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(huì)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(lái)計(jì)量。石英光纖有三個(gè)低損耗波長(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)變化的，因此不同波長(zhǎng)的光在光纖中傳播的速度不同。波長(zhǎng)越短，色散越嚴(yán)重。

波導(dǎo)色散是由于波長(zhǎng)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(duì)于同一模來(lái)說(shuō)，不同波長(zhǎng)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(zhǎng)越長(zhǎng)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(duì)于同一波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)1.3μm移到最低 損耗波長(zhǎng)1.55μm處，就可以制造色散移位(DS)單模光纖。如果能夠在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的兩個(gè)零色散波長(zhǎng)，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(zhǎng)度或信號(hào)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(lái)計(jì)量光纖的傳輸帶寬，而對(duì)單模光纖則常用色散值來(lái)表示傳輸特性。

三、光纜

光纜是對(duì)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(duì)多芯光纜要便于識(shí)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(zhǎng)處輸出。同時(shí)要求信號(hào) 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(zhǎng)為0.8～0.9μm或1.1～1.5μm的發(fā)光二極管是最簡(jiǎn)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(zhǎng)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(guò)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(wèn)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(lái)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(duì)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(duì)的端面 (即輸出端面)鍍上抗反射膜，就會(huì)使光線比較集束的從一個(gè)端面發(fā)射出來(lái)。由于光是從十分小的端面發(fā)射出來(lái)，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(zhǎng)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(zhǎng)λ和光譜寬度Δλ(光功率3dB的寬度，又稱為半值寬度)來(lái)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(zhǎng)和光譜寬度有關(guān)。

⒉功率效率

對(duì) 于光源的工作效率，尤其是LED，測(cè)量總的輸出功率是沒(méi)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(lái)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(duì)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(guò)閾值時(shí)， 開(kāi)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(hào)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(duì)模擬信號(hào)，如視頻信號(hào)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(hào)電流加以調(diào)制)也與這些 因素有關(guān)。目前的工藝對(duì)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(duì)應(yīng)于直接調(diào) 制速度，是按照電信號(hào)的帶寬定義的，也就是說(shuō)，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(zhǎng)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(duì)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(cè)器特 性以及光源自身特性決定。模擬方式設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格有優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)合。數(shù)字方式是應(yīng)用于寬帶長(zhǎng)距離 系統(tǒng)的理想方式。

對(duì)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(duì)于半導(dǎo)體激光器，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電流來(lái)進(jìn)行直接調(diào)制。

常見(jiàn)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(cè)器

探 測(cè)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(cè)器解調(diào)光信號(hào)，把光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化。對(duì)探測(cè)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(cè)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?hào)，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(cè)器。因此光纖傳輸系統(tǒng)的三要素為光源、光纖、探測(cè)器。

⒈光載波波長(zhǎng)的選擇

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

⒉光源的選擇

光源的選擇除了與波長(zhǎng)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(dòng)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(duì)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(zhǎng)距離系統(tǒng)中LD要優(yōu)于LED。

⒊探測(cè)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(duì)溫度敏感，需要一個(gè)復(fù)雜的電路來(lái)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(duì)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(hào)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(hào)噪聲比(S/N)：S/N影響圖像分辨力，關(guān)系到主觀測(cè)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(cè)器的靈敏度。除了合理的選 擇光源和探測(cè)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(zhǎng)度損耗，首先提出探測(cè)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(duì)S/N的影響，但會(huì)出現(xiàn)三角噪聲，這一點(diǎn)可通過(guò)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重來(lái)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(duì)于基帶傳輸來(lái)說(shuō)不存在大的問(wèn)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(lái)說(shuō)光系統(tǒng)對(duì)幅頻特性的影響不大，大對(duì)于多路視頻傳輸來(lái)說(shuō)，光源的調(diào)制帶寬和探測(cè)器的響應(yīng)速度將會(huì)引起圖像的線性失真。
線性失真：通常采用脈沖和條子信號(hào)來(lái)測(cè)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(guò)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(jiǎn)單的系統(tǒng)，通常可以得到10MHz以上帶寬，傳輸距離可達(dá)數(shù)公里，是電視信號(hào)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(zhǎng)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(hào)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(dòng)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(cè)器PFM可以實(shí)現(xiàn)幾十公里高質(zhì)量的無(wú)中繼傳輸。

㈢常見(jiàn)的多路傳輸方式

實(shí) 現(xiàn)多路傳輸對(duì)降低系統(tǒng)成本、提高資源利用率很有好處。常見(jiàn)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(hào)的頻分多路技術(shù)，將多路信 號(hào)形成一寬帶載頻信號(hào)，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(zhǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)于復(fù)用波長(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)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(chǎng)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。