光纤扫盲(ZT)

光纤扫盲(ZT)
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光源和光纤都分成单模和多模,同时有不同波长.
    首先说说什么是单模和多模.模式和波长不是一个概念,理论上,我们知道,激光器是个谐振腔,模式是麦克斯韦方程加上边界条件的解.一般,解包括横模和纵模.通过设计谐振腔可以限制高阶模式的输出,从而有单纵模激光器.单纵模激光器的输出光谱一般用线宽表示.普通用的FP(法泊腔)激光器的线宽是光谱强度下降3dB时的带宽.通信中常用的DFB(分布反馈)激光器的线宽是20dB的带宽,因为它的光谱特性比前者好,3dB带宽太小,在光谱仪上很难测量.另一种常用光源是LED,就是发光二极管.它产生的光谱很宽,一般用来做为多模光源,注意它不是激光.激光是受激辐射并在谐振腔里不断震荡产生的,单色性比较好(也就是线宽比较窄).
    在传输的时候一般是要把电信号调制到激光上去.历史证明,在低频领域广泛应用的相干调制是不现实的,现在还是使用强度调制(光强是幅度的绝对值的平方,可以参看调幅技术),具体实施有外调制和内调制两种.外调制一般是调制谐振腔的长度,比如采用微机械或利用晶体特性等等.具体的有声光调制,马赫-则德调制器等等.外调制比内调制有明显的优势,比较稳定,没有啁啾(内部电子迁移产生的噪声).但调节谐振腔一般比内调制来的慢,调制信号的速率不高.对于机械调制尤其如此.对于采用其它机制的外调制这个问题就不严重了,所以在长距离干线传输上广泛使用.
    光纤也分为多模和单模.关键差别在于芯径.光纤的一个参数是其截止波长,也就是说在此波长以上的波长因为严重衰减而不能传输.截止波长是芯径的函数.在所有模式中只有一个模式是无法被截止的,称之为主模(HE11),当芯径小于9微米的时候,其它模式都截止,只有主模能被传输,这时候我们称其为单模光纤.
    接下来说说波长.在光纤通信中常用的有3个波长,850nm,1310nm,1550nm.原因很简单,在光纤中不可避免的有损耗,由于氢氧根的吸收,形成了以上3个低损耗窗口.其中1550窗口损耗最低,1310次之,因此最为常用.1550窗口虽然损耗低,但是有色散问题,所以以前1310也很常用. 在长距离传输时,一般用1550,同时要有色散管理.关于色散问题有空再接着说.
    在传输中的3大问题是损耗,色散和非线性.后两者在长距离干线上很重要,一般在短距离考虑损耗就可以了.一般而言光纤的损耗是很小的,损耗容易出现在接头处,好的熔接点一般只有0.1dB以下的衰减.采用非固定连接如FC,TC等等会带来较大衰减.另外如耦合时,从多模光源出的光的角度远大于单模光纤的孔径,耦合效率很低,所以不加耦合器的情况下在单模光纤的输出端观察到的光功率会很小.当然,光的接收器(一般是APD,雪崩管)有动态范围,光功率过小很收不到,太大则会饱和甚至烧坏接收器.在这种情况下要加衰减器,保证不过载.在长距离传输时可以采用光放大器弥补损耗.光放大器常用的是光-电-光的3R 设备,对数字信号进行完全的再生,问题是时延和造价.另一种是EDFA,所谓的光纤放大器,利用光纤的非线性把泵哺光功率转换到1550波长上.