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光纤通信基础
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目 录
声明 光纤通信基础
1 概论
1.1 光纤通信概念 1.2 光纤通信发展简史 1.3 光纤通信优点 2 光纤与光缆
2.1 光纤的构造 2.2 光纤的分类 2.3 光纤的导光原理 2.4 光纤的特性与参数 2.5 光缆简介 3 光源器件与光发送机
3.1 光纤通信对光源器件的要求 3.2 发光二极管LED 3.3 激光二极管LD 4 光检测器件与光接收机
4.1 光纤通信的光检测器件的要求 4.2 PIN光二极管 4.3 APD光二极管 4.4 光接收机
4.5 数字光接收机理论简介－光接收机灵敏度的计算与分析 5 线路码型
5.1 线路码型简介 5.2 线路码型的种类 6 实用化系统
6.1 CCITT关于数字光纤通信系统的建议 6.2 告警系统 6.3 公务系统 6.4 保护倒换系统 6.5 监控系统
6.6 光传输设计──最大中继距离的计算 7 展望
光纤通信基础
1 概论
1.1 光纤通信概念
所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。
要使光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（IM-DD）。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 典型的数字光纤通信系统方框图如图1所示。
图
1 数字光纤通信系统方框图
从图中可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波。即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”（不发光）。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数/模转换，恢复成原来的信息。 就这样完成了一次通信的全过程。
1.2 光纤通信发展简史
伴随社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文化需求，通信向大容量，长距离的方向发展已经是必然的发展趋势。由于光波具有极高的频率（大约3亿兆赫兹），也就是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信一直是人们几百年来追求的目标所在。
1. 光纤通信的里程碑
在六十年代中期以前，人们虽然历经苦心研究过光圈波导、气体透镜波导、空心金属波导管等，想用它们作为传送光波的媒体以实现通信，但终因它们或者衰耗过大或者造价昂贵而无法实用化。也就是说历经几百年人们始终没有找到传输光波的理想传送媒体。
一九六六年七月，英藉、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结 （即阶跃光纤）。更重要的是科学地予言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1000dB/km以上。对于制造衰耗在20dB/km以下的光纤，被认为是可望不可及的。
以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。 2. 导火索
一九七０年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。
虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗约20dB/km，而且几个小时之后便损坏了。但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低耗光纤是完全有可能的，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想传输媒体，是光通信研究的重大实质性突破。 3. 爆炸性发展
自一九七０年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之快远远超出了人们的意料之外，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。 从光纤的衰耗看： 七O年：20dB/km 七二年：4 dB/km 七四年：1.1dB/km 七六年：0.5dB/km 七九年：0.2dB/km 九O年：0.14dB/km
它已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。 从光器件看：