通信工程师传输与接入考试传输光纤

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1．光纤
近年来，通信领域最重要的技术突破之一就是光纤通信系统的发展，光纤是一种很细的可传送光信号的有线介质，它可以用玻璃、塑料或高纯度的合成硅制成。目前使用的光纤多为石英光纤，它以纯净的二氧化硅材料为主，为改变折射率，中间掺有锗、磷、硼、氟等。
光纤也是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成，其中纤芯、包层由两种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信号在纤芯中传输, 包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。外套一般由塑料制成，用于防止湿气、磨损和其他环境破坏。其物理结构如图2.3所示。

(1) 大容量。光纤系统的工作频率分布在1014～1015Hz范围内，属于近红外区，其潜在带宽是巨大的。目前10 Tb/s/100 km的实验系统已试验成功，通过密集波分复用(DWDM)在一根光纤上实现40 Gb/s/200 km传输的实际系统已经在电信网上广泛使用，相对于同轴电缆的几百兆比特/每秒每千米和双绞线的几兆比特每秒/几千米，光纤比铜导线介质要优越的多。
(2) 体积小、重量轻。与铜导线相比，在相同的传输能力下，无论体积还是重量，光纤都小得多，这在布线时有很大的优势。
(3) 低衰减、抗干扰能力强。光纤传输信号比铜导线衰减小得多。目前，在1310 nm波长处光纤每千米衰减小于0.35 dB，在1550 nm波长处光纤每千米衰减小于0.25 dB。并且由于光纤系统不受外部电磁场的干扰，它本身也不向外部辐射能量，因此信号传输很稳定，同时安全保密性也很好。
光纤分为多模光纤(MMF)和单模光纤(SMF)两种基本类型。多模光纤先于单模光纤商用化，它的纤芯直径较大，通常为50 μm或62.5 μm，它允许多个光传导模式同时通过光纤，因而光信号进入光纤时会沿多个角度反射，产生模式色散，影响传输速率和距离。多模光纤主要用于短距低速传输，比如接入网和局域网，一般传输距离应小于2 km。
单模光纤的纤芯直径非常小，通常为4～10 μm, 在任何时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。与多模光纤相比，它可以提供非常出色的传输特性，为信号的传输提供更大的带宽，更远的距离。目前长途传输主要采用单模光纤。在ITU-T的最新建议G.652、G.653、G654、G.655中对单模光纤进行了详细的定义和规范。
另外，为确保光纤施工过程中连接器、焊接器，以及各类光纤施工工具的相互兼容，国际标准的包层直径为125 μm，外套直径为245 μm。
在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速率、信号衰减之间有着密切的关系。通常采用的光脉冲信号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围习惯上又称为窗口，目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波长。

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