光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)分析

蘇雨婷

（大慶油田信息技術(shù)公司，黑龍江 大慶 163414）

現(xiàn)階段光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)已然成為重要通信方式，受到國(guó)家及大眾的廣泛關(guān)注。光纖通信傳輸主要就是利用光纖設(shè)施傳導(dǎo)，實(shí)際傳輸質(zhì)量與效率更為顯著。隨當(dāng)前通信環(huán)境日漸復(fù)雜，光纖通信技術(shù)及光纖傳輸系統(tǒng)也需要在未來(lái)建設(shè)中以增加容量為主，適當(dāng)延長(zhǎng)傳輸距離，從根本上保障信號(hào)傳輸質(zhì)量，為大眾提供高效通信服務(wù)。

1 概述光纖設(shè)施

1.1 光纖結(jié)構(gòu)

光纖實(shí)則是一種利用玻璃或塑料制作而成的纖維，現(xiàn)被應(yīng)用在光傳導(dǎo)環(huán)節(jié)。光纖結(jié)構(gòu)內(nèi)部主要包括纖芯、包層、涂敷層。其中，包層的折射率小于纖芯，會(huì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生波導(dǎo)效應(yīng)，致使大量電磁場(chǎng)約束在纖芯內(nèi)。涂覆層主要用于保護(hù)光纖結(jié)構(gòu)，避免光纖受到外界空氣中水分、氧氣等因素影響而出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，以切實(shí)提升光纖結(jié)構(gòu)整體的柔韌性。為使光纖能夠在機(jī)械摩擦等情況下依然能夠保持完整，還需要在涂敷層外部增加塑料外套。

1.2 光纖種類(lèi)

現(xiàn)階段光纖種類(lèi)日漸增多，依照不同角度可以將光纖結(jié)構(gòu)劃分多種類(lèi)型，并按照實(shí)際使用規(guī)范選擇適宜的光纖設(shè)施。

一方面，依照光纖磁面積的折射率分布情況，可以將光纖劃分為階躍折射率光纖、漸變折射率光纖。階躍折射率光纖又被叫做突變型光纖，其纖芯與包層的折射率均勻，纖芯與包層折射率會(huì)呈階梯形式轉(zhuǎn)變。纖芯及包層的交界處折射率變化會(huì)呈現(xiàn)出拋物線性特征。

另一方面，依照光纖傳輸模式數(shù)據(jù)，可以將光纖化分為多模光纖、單模光纖。多模光纖主要用于傳輸多個(gè)光波。結(jié)合不同多模光纖截面折射率，還可進(jìn)一步劃分成階躍型多模光纖、漸變型多模光纖兩種類(lèi)型。階躍型多模光纖內(nèi)部纖芯的直徑為50～75mm、包層直徑為100～200mm。因纖芯尺寸較大，在具體應(yīng)用過(guò)程中的傳輸模式種類(lèi)更多。但在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)。階躍型多模光纖傳輸效果與其目標(biāo)會(huì)存在較大差距，實(shí)際帶寬窄，傳輸容量小。漸變型多模光纖的纖芯直徑為50～75mm，帶頻寬，容量較大，實(shí)際應(yīng)用范圍更廣。單模光纖只可以用于傳輸單一的光波模式，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)存在模間時(shí)延差，帶寬比多模光纖結(jié)構(gòu)更大。同時(shí)，單模光纖的直徑小，大約為4～10mm之間，被更好應(yīng)用在大容量、長(zhǎng)距離的通信環(huán)節(jié)。

依照光纖原材料種類(lèi)，還可以將光纖劃分成石英光纖、摻氟光纖、紅外光纖、復(fù)合光纖、氟化物光纖、塑料光纖等。石英光纖主要由二氧化硅構(gòu)成，通過(guò)合理控制二氧化硅產(chǎn)物量，制作成具備不同折射率的纖芯與包層。石英光纖具有損耗量低、帶寬大等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段被應(yīng)用在有線電視及通信系統(tǒng)中。摻氟光纖是石英光纖重要的衍生產(chǎn)品，被使用在固定波域的通信光纖內(nèi)。纖芯內(nèi)參雜物主要為二氧化鍺，包層中摻入少量的氟元素，能有效控制二氧化硅的折射率。與單一的石英光纖相比，摻氟光纖可以更好適應(yīng)紫外線光到紅外線光的透光光譜，被主要應(yīng)用在導(dǎo)光及圖像傳導(dǎo)環(huán)節(jié)。紅外光纖可被應(yīng)用在更長(zhǎng)紅外波長(zhǎng)的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)光能傳輸目標(biāo)。復(fù)合光纖主要就是在使用光纖原料的基礎(chǔ)上加入氧化鈉、氧化鉀等氧化復(fù)合物質(zhì)形成多組分玻璃光纖，多組分玻璃光纖的軟化點(diǎn)較低，包層折射率差很大，為更好地應(yīng)用在醫(yī)療業(yè)務(wù)光纖窺鏡的制作中。

2 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

光纖通信系統(tǒng)與雙向結(jié)構(gòu)，具體包括正反兩個(gè)方向。每一端發(fā)射機(jī)及接收機(jī)組合在一起被統(tǒng)稱(chēng)為光端機(jī)。光中繼器也分為正反兩個(gè)方向。光纖通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)可以將電端機(jī)送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，利用耦合方式是光線中的信號(hào)能夠高質(zhì)傳輸，內(nèi)部還配合安裝了半導(dǎo)體激光裝置。光接收器中的光纖傳輸幅度值處于不斷衰減狀態(tài)，波形產(chǎn)生畸變，光信號(hào)又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，用對(duì)于電信號(hào)進(jìn)行放大與整形處理。再生后的光信號(hào)可以與發(fā)射端形成一致的電信號(hào)并輸入到電機(jī)及電接收機(jī)中。光纖傳輸系統(tǒng)內(nèi)中繼器需要衰減與畸變的光信號(hào)進(jìn)行放大、整形處理，同時(shí)生成具備一定長(zhǎng)度的光信號(hào)，從根本上保障系統(tǒng)整體的通信質(zhì)量水平。

2.2 光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

光纖通信系統(tǒng)用通信系統(tǒng)相比，存在的優(yōu)勢(shì)較為顯著。首先，光纖通信系統(tǒng)的頻帶寬，通信容量大。對(duì)比普通同軸電纜與銅線電纜，光纖通信的柔性更高，在長(zhǎng)距離通信環(huán)節(jié)具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠從根本上保障信號(hào)及畫(huà)面?zhèn)鬏敃r(shí)間的清晰度。其次，光纖通信的傳輸損耗量較低，至中繼距離長(zhǎng)；此后，光纖通訊系統(tǒng)的抗電磁干擾能力較強(qiáng)，能夠使信號(hào)傳輸過(guò)程中有效抵御其余電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，切實(shí)提升信號(hào)傳輸質(zhì)量的效率。由于光纖為絕緣體，并不會(huì)受到雷電與電磁輻射的干擾，與電力線或高壓設(shè)備接觸，也不會(huì)對(duì)信息傳輸質(zhì)量造成不利影響。最后，光纖通信設(shè)備的體積較小，敷設(shè)難度小，建設(shè)成本管控水平能夠得到根本上控制，對(duì)實(shí)現(xiàn)通信行業(yè)經(jīng)濟(jì)利益最大化目標(biāo)具有重要意義。不僅如此，光纖傳輸期間也不涉及橫條交擾、接地回路與圖像撕扯問(wèn)題，傳輸期間的質(zhì)量及安全性能夠進(jìn)一步提升。多模光纖與單模光纖建設(shè)期間不必使用放大器，維護(hù)更為簡(jiǎn)便。

3 光纖通信技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

光纖通信主要就是將光波作為主要載波對(duì)象，將光纖設(shè)置成傳輸媒介，以開(kāi)展高質(zhì)量的通信工作。隨大眾生活水平日漸增長(zhǎng)，對(duì)通信環(huán)節(jié)的質(zhì)量與效率提出了更高要求。因通信容量進(jìn)一步擴(kuò)大，無(wú)線通信也從原有短波轉(zhuǎn)變到微波及毫米波，通過(guò)提高載波頻率，提升通信容量。為使光纖通信行業(yè)能夠盡快適應(yīng)社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)，光纖通信技術(shù)也需要始終處于不斷優(yōu)化及完善環(huán)節(jié)，為后續(xù)通信工作提供必要的技術(shù)保障，最大限度拓寬光纖通信應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)有工業(yè)、醫(yī)療、信息業(yè)等領(lǐng)域?qū)饫w傳輸效果要求不斷增長(zhǎng)，應(yīng)當(dāng)采用合理方式不斷提升光纖傳輸設(shè)施的信息傳輸速率。在光纖通信技術(shù)應(yīng)用時(shí)，用戶可借助網(wǎng)通接入光纖，獲取個(gè)性化信息資源。但由于受到光纖傳輸區(qū)域差異性較大影響，光纖接入質(zhì)量及效率往往無(wú)法得到切實(shí)保障。

3.1 光纖寬帶接入戶

光纖寬帶接入戶就是將光纖設(shè)施接入到用戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，確保光纖通信能夠切實(shí)滿足用戶個(gè)性化需求。在光纖寬帶接入戶過(guò)程中，需要最大限度應(yīng)用光纖寬帶，增強(qiáng)信息傳播速率?，F(xiàn)階段內(nèi)有效推廣光纖寬帶接入戶服務(wù)項(xiàng)目，大部分城市還基于光纖入戶工作設(shè)置的相應(yīng)試驗(yàn)網(wǎng)點(diǎn)，并結(jié)合入戶流程制定出了教務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。還有部分地區(qū)在光纖寬帶接入戶建設(shè)環(huán)境設(shè)置了符合實(shí)際發(fā)展規(guī)律的優(yōu)化政策，為后續(xù)光纖寬帶接入戶項(xiàng)目的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 光纖寬帶入戶技術(shù)

光纖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為顯著，可切實(shí)滿足當(dāng)前社會(huì)信息化發(fā)展要求。現(xiàn)階段處于前端的光纖通信技術(shù)為有源接入與無(wú)源接入兩種方式。有源接入光纖通信技術(shù)需要借助媒介傳播裝置，通過(guò)載體對(duì)局端與用戶展開(kāi)對(duì)接，切實(shí)保障寬帶接入水平，從根本上增強(qiáng)實(shí)際通信傳輸效果。

4 光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 建立多波長(zhǎng)光纖通道

現(xiàn)階段光纖傳輸多使用單波長(zhǎng)通道，為從根本上提升實(shí)際通信效果，可以將單波長(zhǎng)通道轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗖ㄩL(zhǎng)通道。波分復(fù)用技術(shù)的容量高，可以實(shí)現(xiàn)多址復(fù)用目標(biāo)。通常情況下，單波長(zhǎng)通道的載波結(jié)構(gòu)為單模光纖，在實(shí)際應(yīng)用期間需要以色散調(diào)節(jié)提高信號(hào)傳遞效率。借助多條光纖同時(shí)傳輸?shù)姆绞綄?shí)施信息傳輸工作。利用單條光纖值以及單波長(zhǎng)通道復(fù)用方式開(kāi)展信號(hào)傳輸工作。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，單波長(zhǎng)通道主要起到放大光纖的作用，對(duì)信號(hào)值會(huì)造成不同程度干擾。光纖四波混合在一起，使實(shí)際通信效果與預(yù)期目標(biāo)存在一定差距。因此在現(xiàn)階段光纖通信技術(shù)與傳輸系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，還需要重點(diǎn)關(guān)注多波長(zhǎng)光纖通道建設(shè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從根本上提升多波長(zhǎng)光纖通道實(shí)際應(yīng)用水平。

4.2 光纖網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)

現(xiàn)階段智能技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在光纖領(lǐng)域內(nèi)，為增強(qiáng)光纖建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理水平奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。光纖傳輸智能化，多將通信主線作為主傳輸對(duì)象，在實(shí)施過(guò)程中還需要做好其他設(shè)施的自動(dòng)化改造工作，完善光纖傳輸功能，使光纖傳輸系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中具備更加顯著的智能化特征。

4.3 超高速通信建設(shè)

光纖傳輸環(huán)節(jié)運(yùn)輸量及速度是評(píng)價(jià)光纖傳輸系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。各領(lǐng)域生產(chǎn)對(duì)光纖傳輸速度的要求日漸提高，僅使用傳統(tǒng)光纖傳輸通道難以滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求，應(yīng)在后期光纖傳輸系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中陸續(xù)推廣超高速通信建設(shè)，實(shí)現(xiàn)大容量快速傳遞目標(biāo)，切實(shí)控制光纖傳輸成本。

4.4 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)內(nèi)部分為光發(fā)射機(jī)、傳輸光纖、光接收機(jī)。在光纖傳輸基本轉(zhuǎn)換過(guò)程中主要以直接強(qiáng)度調(diào)制、直接檢波為主。輸入電信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，由調(diào)制裝置將電信號(hào)整變?yōu)闈M足驅(qū)動(dòng)光源要求的電流信號(hào)以驅(qū)動(dòng)光源器件，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。光源傳輸光信號(hào)與傳輸光纖耦合，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后到達(dá)接收端。接收端內(nèi)的光電檢測(cè)器會(huì)直接檢波光信號(hào)，并使光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過(guò)后續(xù)放大恢復(fù)處理，彌補(bǔ)信號(hào)損傷，使輸出與輸入信號(hào)保持一致，實(shí)現(xiàn)信息的穩(wěn)定傳輸。

在光發(fā)端機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，強(qiáng)度調(diào)制為重要環(huán)節(jié)。光接收機(jī)的信號(hào)調(diào)節(jié)需要采用直接檢測(cè)方式，具有非相干調(diào)節(jié)特征。光載波內(nèi)部為半導(dǎo)體光源，可借助半導(dǎo)體檢測(cè)裝置時(shí)光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，穩(wěn)定傳輸信號(hào)源。光線傳輸系統(tǒng)內(nèi)的光發(fā)射機(jī)需要將數(shù)字基帶信號(hào)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并使用耦合技術(shù)將光信號(hào)能夠注入至光纖線路中。光發(fā)射機(jī)內(nèi)部包括光源及電路兩大結(jié)構(gòu)。光源需要保障較高轉(zhuǎn)換效率、良好的線性及可靠性。電路為調(diào)制電路及控制電路，通過(guò)在電路裝置中配備自動(dòng)功率控制及溫度控制裝置，使輸出光功率的穩(wěn)定性更強(qiáng)。

5 光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)發(fā)展前景

光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用期間會(huì)將多路視頻信號(hào)傳輸至同一光纖上?，F(xiàn)有光纖傳輸系統(tǒng)多路復(fù)用技術(shù)被細(xì)化為光時(shí)分復(fù)用技術(shù)、光波分復(fù)用技術(shù)、光頻分?jǐn)?shù)用技術(shù)。

光波分復(fù)用技術(shù)可滿足視頻、音頻、文字等數(shù)據(jù)的混合傳輸目標(biāo)，對(duì)擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)容量，促進(jìn)寬帶新業(yè)務(wù)發(fā)展，提升光纖傳輸水平意義重大。同時(shí)，光波分復(fù)用技術(shù)在電信網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)極為顯著，是現(xiàn)階段電信行業(yè)，生產(chǎn)建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

光頻分復(fù)用技術(shù)的信道間隔較為狹窄，因此其能夠通過(guò)增加復(fù)用光纖通道，滿足信道光纖傳輸穩(wěn)定性要求；光時(shí)分復(fù)用技術(shù)可以進(jìn)一步增強(qiáng)傳輸系統(tǒng)的傳播效率，可被應(yīng)用在光纖傳輸系統(tǒng)通信容量的提升中。隨光纖通信技術(shù)及光纖傳輸系統(tǒng)信息傳輸容量不斷擴(kuò)大、傳輸速度日漸提升，其對(duì)于推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的重要意義將更為顯著?，F(xiàn)有光纖傳輸發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)以實(shí)現(xiàn)信息穩(wěn)定可靠跨海傳輸為目標(biāo)，旨在打通國(guó)際市場(chǎng)，拓寬發(fā)展途徑。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)光纖通信技術(shù)、光纖傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量與效率提出了更高要求。為從根本上保障光纖通信水平，還需要加強(qiáng)光纖通信系統(tǒng)研究力度。分析現(xiàn)存于光纖通信及光纖傳輸中的應(yīng)用不足之處，提出光纖通信及傳輸系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)策。積極引進(jìn)先進(jìn)的光線通信及光纖傳輸優(yōu)化理念，確保設(shè)計(jì)出的光纖通信與傳輸系統(tǒng)能夠在滿足地區(qū)建設(shè)通信要求中發(fā)揮出重要作用。