光纤通信原理

1.光纤通信原理—简介

光纤通信(Fiber-optic communication)，也作光纤通讯。光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性 ，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。

2.光纤通信原理—组成部分

最基本的光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发信机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光收信机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

(1)光发信机----由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。

(2)光收信机----由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。

(3)光纤线路----其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

(4)中继器----由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲近行政性。

(5)无源器件----包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。

3.光纤通信原理

光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。光纤中有两种光线，即子午光线和斜射光线，子午光线是位于子午面上的光光线，而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。

下面以光线在阶跃光纤中传输为例解释光通信的原理。

如图所示为阶跃型光纤，纤芯折射率为n1，包层的折射率为n2，且n1>n2，空气折射率为n0。在光纤内传输的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光线进入纤芯中所产生折射角θ2，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纤中以全反射形式传输，与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi 有一个最大值θmax。

当光线以θi>θmax入射到纤芯端面上时，内光线将以小于θc 的入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角小于90度，该光线将射入包层，很快就会露出光纤。

当光线以 θi<θmax入射到纤芯端面上时，入射光线在光纤内将以大于 的θc入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角大于90度，该光线将在纤芯和包层界面产生多次反射，使光线沿光纤传输。

光纤通信为什么要用激光

激光光纤通信的基本原理是电信号通过发送光端机，对由激光器发射的激光光波进行调制，再通过光纤传送到另一端，接收光端机接收并变成电信号，解调恢复原来的信息。激光光纤通信最根本问题是发生激光的激光器和传送激光的光纤。

激光(LASER，有人译为“莱塞”、“镭射”)的亮度特高，亮度比太阳亮千亿倍。颜色单纯，定向性特好，可产生几万摄氏度的高温，使材料迅速融化或气化，激光比太阳更绚丽，它将人间的生活装点得更多姿。

人们发现透明度很高的石英玻璃丝可以传光，这种玻璃丝叫做光学纤维，简称光纤。但初期用光纤传输光信息损耗太大，每传输1000米损耗1000分贝左右(损耗零分贝，表示没有衰减，而损耗20分贝相当于衰减得只剩1%)。1966年英籍华人高馄博士从理论分析：除去玻璃中杂质，可以大大降低传输损耗，可以降低到20分贝/千米，使很多科学家受到鼓舞。

1970年，美国一公司科研人员制造出每千米传输损耗只有20分贝的光纤;这一年贝尔实验室研制出在常温环境下连续工作的激光器。人们研制的光纤损耗越来越小，到1979年只有0.2分贝/千米。1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统，两根直径为0.l毫米的玻璃丝竟可同时开通8000路电话。

光纤通信技术不断发展(如工作区波长从0.85微米过渡到1.31微米的，从多模光纤过渡到单模光纤)，信息传输的容量和速度大大提高。

光纤通信有许多优点：传输信息容量大;衰减小，每千米的衰减比最大容量的同轴电缆要小一个数量级;细而轻;抗干扰性好;成本低;节省金属;保密性强。

光纤通信与卫星通信相比有其优点，所以在将来在电信中有可能与卫星通信平分秋色。光纤通信除用于电话电视之外，还用于计算机网络、厂矿内部通信、电力系统和铁路系统的通信等。

光纤通信技术在不停地向前发展，正在开发新的技术，有波分复用技术(让不同波长的光信号在同一根光纤上互不干扰地传输)、光纤放大器(光纤传输有损耗，在一定距离要把光信号变成电信号加以放大，再变成光信号继续传输)、光弧子通信(利用在光纤中传播长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲进行通信，以实现超长距离和超大容量的通信)等。

它适合于光纤模拟通信系统中，而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制(PCM )和线路码型编码处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。

关键词： 光纤通信原理 最基本的光纤通信系统 光纤通信为什么用激光 光纤通信