发布时间 : 星期二 文章本科毕业论文更新完毕开始阅读97cf9095ed3a87c24028915f804d2b160b4e8682
山东建筑大学毕业论文
成。这三个色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为波长色散。公式：
D??D?D?D()mnD （2.2）
纯石英玻璃材料色散与波长的关系，如图所示。从图可看出，在波长微1.29μm附近由一个零材料色散波长λ0有所移动，但移动变化甚微，而过了λ0材料色散微正值。
偏振模色散:光纤中的光传输可描述为完全时沿X轴振动和完全是沿Y轴上的振动或一些光在两个轴上的振动，如下图。每个轴代表一个偏振“模”。两个偏振模的到达时间差称为偏振色散PMD(Polarization Mode Dispersion)。造成单模光纤中的PMD的内在原因是光纤的椭圆度和残余内应力。
光纤的非线性效应：a.当光功率增加到一定程度时，光信号与光纤传输媒介间的非线性交互现象将会呈现。光纤的非线性可分为两类：受激散射效应和折射率扰动。b.受激散射效应也分为两种形式：由于声光子振动而产生的受激布里渊散射(SBS)和由于分子振动而产生的受激拉曼散射。
折射率扰动引起的五种非线性效应为：自相位调制、光孤子形成、交叉相位调制、调制不稳定和四波混频。
为了衡量一根光纤损耗特性的好坏，在此引入损耗系数(或称为衰减系数)的概念，即传输单位长度(1Km)光纤所引起的光功率减小的分贝数，一般用α表示损耗系数，单位是dB/Km。用数学表达式表示为：
??10P1lg(dB/Km) （2.3） LP2式中：L为光纤长度，以Km为单位；P1和P2分别为光纤的输入和输出光功率，以mW或μW为单位。
2.2 光无源器件通信原理
光无源器件通信原理主要是介绍波分复用器的原理、光开关的特性参数、光纤光栅原理和光纤耦合器的结构与原理。 2.2.1 波分复用器的原理
光的波分多路复用是指在一根光纤中传输多种不同波长的光信号，由于波长不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长解复用器将各路波长分解出来。也就是光的频分多路复用。波分复用系统原理图，如图2.3所示。
- 9 -
山东建筑大学毕业论文
图2.3波分复用系统原理图
所选器件应具有灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功耗小、体积小、重量轻、器件可替换性强等优点。光源输出的光信号带宽为40nm，在此宽带基础上可实现多个通道传感器的大规模复用。光纤技术的应用使得数据的传输速率空前提高。目前一根单模光纤的传输速率可达2.5Gb/s。再提高传输速率就比较困难了。如果设法对光纤传输中的色散(dispersion)问题加以解决，如采用色散补偿技术，则一跟单模光纤的传输速率可达到20Gb/s。这几乎已到了单个光载波信号传播的极限值。
波分多路复用实质上是利用了光具有不同的波长的特征。随着光纤技术的使用，基于光信号传输的复用技术得到重视。波分多路复用的原理：利用波分复用设备将不同信道的信号调制成不同波长的光，并复用到光纤信道上。在接收方，采用波分设备分离不同波长的光。说白了就是在有限的硬件资源上提供更多的通话服务 波分多路复用技术能使传输量大大堤高，使用该技术就是在制作波分多路复用器或相关产品会用到。
补充：色散，即光脉冲中不同频率的分量的传输速率不同，这导致信号的是真因而产生误码。当传输速率增高时，色散问题就越来越严重。例如，2.5Gb/s时的色散是622Mb/s时的16倍。
光波分复用，是将波长间隔为数十纳米的多个光源独立进行调制，让其在同一条光纤中传输，可使光纤中传输的信息容量增加几倍至几十倍。光的波分复用按传输方向可分为单向波分复用和双向波分复用。在单向波分复用系统中，发射端有N个发出不同波长光的激光器，把它们分别进行调制后，利用光的复用器合起来，耦合进一根光纤中传输。在接收端再利用解复用器把这N束波长不同的光载波分开，分别送至相应的光检测器得出各自的信息。
描述波分复用器件的指标主要有插入损耗、隔离度和信道带宽等。插入损耗是指由于波分复用器件的引入而造成的信号损失，我们希望它越小越好。隔离度是指不同
- 10 -
山东建筑大学毕业论文
信道之间互相影响的程度，其值越大越好。但一般在发射端由于光源的线宽较窄，对隔离度的要求不太高；而在接收端，由于光检测器在很宽的频率范围内都有较高的灵敏度，对波分复用器件隔离度的要求较高。信道带宽是波分复用器件各输入光源的最小波长间隔，也希望它越小越好。
按照波分复用的原理，有干涉滤光器型、光纤耦台型和光栅型三种波分复用器件。它们分别是由干涉滤光器、光纤耦合滤光器和光栅型滤光器所组成。 2.2.2 光开关的特性
光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口。
其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的光学器件。
光开关和光放大、光信号储存等都是光学装置材料。光开关可以在皮秒(10－12秒)内进行操作。目前它以铌酸锂和镓铝砷化合物为基础，从电子工业中脱胎形成。有一些新的材料，如液晶、聚乙炔等都比铌酸锂有更好的光学效用。
光开关的技术特性主要有光学特性、电特性和环境特性。 2.2.3 光纤光栅原理
直到1960年，美国科学家Maiman发明了世界上第一台激光器后，为光通讯提供了良好的光源。随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于制成了低损耗光纤，从而奠定了光通讯的基石。从此，光通讯进入了飞速发展的阶段。
光纤传输有许多突出的优点： （1）频带宽
频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段，载波频率为48．5MHz～300Mhz。带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上)，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。
（2）损耗低
在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都
- 11 -
山东建筑大学毕业论文
在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0.35dB以下若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。
（3）重量轻
因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。
（4）抗干扰能力强
因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。
（5）保真度高
因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引人新的非线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。实际测试表明，好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C／CTB在70dB以上，交调指标cM也在60dB以上，远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。
（6）工作性能可靠
我们知道，一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。
（7）成本不断下降
目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律(Optical Law)。该定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍。光通信技术的发展，为互联网宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方
- 12 -