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光纤的组成与工作原理在电力通信中的应用

2017-07-12
类别:行业趋势
eye 201
文章创建人 拍明
       光纤技术一般由三部分组成:光信号发送端:用于传送光信号的光纤;光信号接收端。

光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号,目前,发送端电光转换器件一般采用发光二极管半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小,信号调制速率相对低,但价格便宜,其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系,比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输;激光二极管输出功率大,信号调制速率高,但价格较高,适宜于远距离、高速、数字信号的传输。

光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端,目前光纤一般采用在近红外波段 0.84µm1.31µm1.55µm有良好透过率的多模或单模石英光纤。

光信号接收端的功能是:将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号,光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。

发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84µm的高亮度近红外半导体发光二极管,传输光纤采用多模石英光纤,接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8µm0.9µm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。

目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤,它是在折射率n2较大的纤芯内部,覆上一层折射率n1较小的包层,光在纤芯与包层的界面上发生全发射而被限制在纤芯内传播,如图五所示,光纤实际上是一种介质波导,光被闭锁在光纤内,只能沿光纤传输,光纤的芯径一般从几微米至几百微米,按照传输光模式可分为多模光纤和单模光纤,按照光纤折射率分布方式不同可以分为折射率阶跃型和折射率渐变型光纤。折射率阶跃型光纤包含两种圆对称的同轴介质,两者都质地均匀,但折射率不同,外一层折射率低于内层折射率。

光纤的组成与工作原理在电力通信中的应用.jpg

梯度折射率光纤是一种折射率沿光纤横截面渐变的光纤,这样改变折射率的目的是使各种模传播的群速相近,从而减小模色散增加通讯带宽。多模折射率阶跃型光纤由于各模传输的群速度不同而产生模间色散,传输的带宽受到限制。多模折射率渐变型光纤由于其折射率特殊分布使各模传输的群速度一样而增加信号传输的带宽,单模光纤是只传输单种光模式的光纤,单模光纤可传输信号带宽最高,目前长距离光通讯大都采用单模光纤。

石英光纤的主要技术指标有衰减特性,数值孔经和色散等。 数值孔径:数值孔径描述光纤与光源、探测器和其他光学器件耦合时特性。它的大小反映光纤收集光的能力,如图5所示,在立体角2θmax范围内入射到光纤端面的光线在光纤内部界面产生全反射而得以传输,在2θmax范围外入射到光纤端面的光线则在光纤内部界面不产生全反射而是透射到包层而马上被衰减掉,光纤的数值孔经定义为:NA=Sinθmax,它的值一般在0.10.6之间,对应的θmax90330,多模光纤具有较大的数值孔径,单模光纤的数值孔经相对较小,所以一般单模光纤需用LD半导体激光器作为其光源。

由于光纤通信具有大容量、长距离和抗电磁干扰等优点,使光纤通信很好地适应了当今电力通信发展的需要。特别是光纤复合架空地线(OPGW),结合了铝包钢线的高机械、高导电性和良好的抗腐蚀性,将电力架空地线与通信光纤有效地结合在一起,因此受到电力系统行业的重视,并逐渐被推广使用。

光纤入户有很多种架构,其中主要有两种:一种是点对点形式拓扑,从中心局到每个用户都用一根光纤;另外一种是使用点对多点形式拓扑方式的无源光网络(PON),采用点到多点的方案可大大降低光收发器的数量和光纤用量,并降低中心局所需的机架空间,具有成本优势,目前已经成为主流。

光纤接入所用的设备主要有两种,一种是部署在电信运营商机房的局端设备,叫光线路终端(OLT),另一种是靠近用户端的设备,叫光网络单元(ONU)。从目前的发展情况看,光纤入户还涉及多个产业和门类,如室内光纤、工程以及应用,对整个电信业乃至信息业都是具有战略意义的。

目前,在光纤接入领域,业界争论的热点是无源光网络的两种技术方案:GPONEPON。简单地说,前者多业务支持能力更强,传输效率更高,适合于全业务运营时代高端商业客户和住宅客户的部署,但是成本相对高一些。EPON主要针对数据传输,最核心的优势在于成本的相对低廉。目前,两种技术都在不同的应用环境获得了商用,可谓各有千秋。值得关注的是,无论EPON还是GPON,都在向10G的时代迈进。就短期来看,10G EPON10G GPON有优势,这主要是成本问题。而且不少运营商认为,未来几年带宽也足够用。所以,两种PON混用的时代应该也会存在一段时间。实际上,在建网和组网的过程中,GPONEPON的建设模式并没有太大区别,只不过是运营商不同的技术选择而已。目前,GPON的业务提供能力与EPON基本一致,还未出现GPON能做而EPON做不了的业务接入。未来,10G时代,两种技术有可能走向融合,即同一硬件平台既支持10G EPON也支持10G GPON。已有设备制造商开始淡化两种技术的区别了。

总的看来,在没有其他划时代意义的技术出现的情况下,光纤入户是未来几年甚至几十年电信网接入宽带化的终极目标,它将带动一系列相关产业的发展,形成数千亿乃至上万亿元的市场规模。因此,光纤入户是电信业保持可持续发展的核心技术动力之一,也是电信业推进社会信息化的重要利器。

光纤入户是FTTX计划的一部分。作为通信传输系统的未来中坚力量,光纤的抗干扰性,抗电磁的特性更加迎合未来人类信息量大,精密度高的需求,而且低廉的价格使得光纤这种传输介质能得到很大范围的推广。但相对来说,光纤到户要很好的实现普及,还有好多问题要解决,比如发射以及接收端的技术以及硬件,还有传输系统的速度虽然可以提到G字节的速度上,但对于使用者来说,大信息量的处理,更需要更好的计算机来处理,因此,通信系统的提高,还一定程度上依赖于计算机技术的高速发展。


责任编辑:Davia

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