浅谈通信传输中的光纤知识

随着社会的发展，各种信息技术和计算机技术的广泛应用，人们对于通信的水平和质量的要求也越来越高，传统的通信设备和通信技术已经无法满足人们的需求，这种情况下，光纤通信作为一种光信号的传输方式应运而生。就目前来看，我国对于光纤通信的研究已经取得了一定的成就，综合了光学、微电子学、信号与系统以及机械、计算机等多方面的知识和技术，实现了单信道光纤通信系统的独立设计。下面笔者将结合自己的工作经验和专业知识，对光纤的一些基本知识进行分析，以便使大家对光纤通信技术有一个更加全面的了解。

所谓光纤，就是指在通信中应用的光导体的纤维，英文名称是Optical-Fiber。光纤的基本材料是石英玻璃，也就是说将石英玻璃加工成非常细的纤维状的物质来实现对光的信号的传导，目前随着光纤技术的发展，也出现了塑料材料的纤维质，一般来说，光纤的规格为直径9-50 微米。目前我们在通信系统中所使用的光纤通信由三部分组成，即纤芯、包层和涂敷层，下面逐一进行介绍。首先，纤芯的位置在光纤的最中心，一般情况下直径在4~50 微米左右，现在应用中的光纤的纤芯的基本成分为石英玻璃和塑料纤维，另外为了实现更好的稳定性，还会掺有若干的添加剂，如五氧化二磷等，这些添加剂的最主要的作用在于能够有效的提高纤芯对光的折射率。其次，包层是包裹于纤芯周围的物质，一般来说其直径为12.5 微米，从成分上看，包层的主要构成为纯度极高的二氧化硅，但是同样的，也会掺杂少许的添加剂，如三氧化二硼，这些添加剂的目的在于降低包层的折射率，也就是说阻断纤芯的光折射的外漏，实现相对封闭的光折射。再次，涂覆层位于光纤的最外层，涂覆层根据具体的材料的不同，还可以详细的划分为一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层三种。其中一次涂覆层的成分主要是常见的有机硅或者普通的橡胶材料；而缓冲层的主要成分为油膏；最外层的二次涂覆层的材料一般为聚丙烯等。涂覆层的最主要的作用在于能够保护光纤，使其不受外界自然环境的侵袭。

2.2 光纤的分类。
在分析光纤的过程中，可以根据不同的标准将其进行分类，一般来说，如果按照光纤的制造材料的不同，可以将其分为光石英类和多组分玻璃类，以及塑料包层石英芯类、全塑料类、氟化物类；而如果按照光纤的信号传输方式的不同，可以将其分为多模类、单模类；如果按照光纤的波长进行分类，可以将其分为短波长类、长波长类以及超长波长类；如果按照光纤的传输窗口的不同，可以将其分为常规型单模类、色散位移型单模类；如果按照折射率的不同，可以将其分为阶跃类和渐变型类。由于在现代通信中，单模光纤和多模光纤是最常见的分类形式，所以下文中笔者重点对这两类进行分析。a.单模光纤:单模光纤的最大的特点就是纤芯非常细，一般来说其直径在9 或10 微米左右，这种特点使得在信号传输的过程中，其只能接收到单一模式的信号，所以应用缺陷在于模式受限，但是从实际的应用中来看，这种单模光纤具有较大的信号传输容量，也就是说可以实现较高的频率的信号传输，这个特点使其具有更强的稳定性，因此在实际的应用中更加适合于长距离的信号传输。b.多模光纤:多模光纤的同单模光纤的最大的区别在于其能够实现多个模式的信号传输，也就是是在应用的过程中，可以同时传输多个不同模式的光。所以从直径上看，该种光纤比单模光纤要粗很多，一般在50 或62. 5 微米左右，因为要为多个不同种类的光提供通道。另外，从其模间色散上看，表现为也要大于单模光纤，这个特点使得其频率受到一定的限制，因为我们知道在信号传输的过程中，模间色散越大，频率越低。基于多模光纤的这个特点，在实际的应用中，其更加适合于短距离的通信，一般在几公里之内的信号传输效果较好。在对单模光纤和多模光纤进行区分的过程中，可以通过对其直径的判断来得出，因为通过上文中的对比分析我们可以看到，单模光纤要比多模光纤细的多。另外，从颜色上看，一般情况下单模光纤用黄色表示，而多模光纤用橙色或者黑色表示。

在实际的应用过程中，难免会出现信号传输障碍，这种情况我们统称为光纤的衰减，而导致这种衰减的原因也是多种多样的，下面笔者将逐一进行分析：首先，本征:即光纤的固有损耗，包括:瑞利散射，固有吸收等。其次，杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。再次，不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。其四，弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。其五，挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。最后，对接:光纤对接时产生的损耗，如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.81μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。前三个因素是由光纤自身因素和生产工艺造成，很难克服。后三个因素则主要是在使用中，因人为因素造成。所以，光纤在使用时，要避免过度弯曲和绕环;在熔接时，要尽量保证切割端面的平整，这样可降低光在传输过程中，人为因素造成的衰减。另外，光纤跳线使用后，也必须用保护套将光纤接头保护起来，否则灰尘和油污会损害光纤的耦合，造成信号急剧衰减。

光纤的连接方法大致可分为:永久性连接、应急连接、活动连接。

4.1 永久性光纤连接(又叫热熔)。
这种连接是用放电的方法将连根光纤的连接点熔化并连接在一起。一般用在长途接续、永久或半永久固定连接。其主要特点是连接衰减在所有的连接方法中最低，典型值为0. 01~0.03dB/ 点。但连接时，需要专用设备(熔接机)和专业人员进行操作，而且连接点也需要专用容器保护起来。

4.2 应急连接(又叫)冷熔。应急连接主要是用机械和化学的方法，将两根光纤固定并粘接在一起。这种方法的主要特点是连接迅速可靠，连接典型衰减为0.1~0.3dB/ 点。但连接点长期使用会不稳定，衰减也会大幅度增加，所以只能短时间内应急用。

4.3 成端活动连接。
成端活动连接是利用各种光纤连接器件(插头和插座)，将站点与站点或站点与光缆连接起来的一种方法。这种方法灵活、简单、方便、可靠，多用在前端机房内的网络布线中。其典型衰减为1dB/ 接头。

光纤检测的主要目的是保证系统连接的质量，减少故障因素以及故障时找出光纤的故障点。检测方法很多，主要分为人工简易测量和精密仪器测量。

5.1 人工简易测量: 这种方法一般用于快速检测光纤的通断和施工时用来分辨所做的光纤。它是用一个简易光源从光纤的一端打入可见光，从另一端观察哪一根发光来实现。这种方法虽然简便，但它不能定量测量光纤的衰减和光纤的断点。

5.2 精密仪器测量:使用光功率计或光时域反射图示仪(OTDR)对光纤进行定量测量，可测出光纤的衰减和接头的衰减和光纤大致的断点位置。这种测量，可用来定量分析光纤网络出现故障的原因或对光纤产品进行评价。

光纤作为一种新型的通信方式和技术对现代光信号传输有着非常重要的意义，上文中笔者结合自己的工作经验和专业知识，对光纤的有关知识进行了浅析，希望能够加强读者对光纤的认识和了解。