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在现代通信中光纤光缆优于金属电缆的原因

时间:2011-11-15来源:辉鹏网络 作者:xiaowu 点击:
内容提要: 本文主要讲述为什么说在现代通信中光纤光缆优于金属电缆。
  

   一、光纤光缆与金属电缆相比具有如下优点:

  1.损耗低:例如,如若使光线穿过数厘米厚的窗玻璃,就将损耗掉一半的能量;如若使光线通过诸如天体望远镜之类的光学透镜,则穿过数米后,其能量减少一半;然而,当光波在光纤中传输时,假设光波长为1.55nm,那未经传输15km以后,输入的光能量才减少一半。可见光纤的损耗是很低的。

  2.频带宽:金属电缆中,除了有直流电阻损耗外,还有称之为趋肤效应的高频损耗,以及介质的漏电引起的介质损耗,致使金属电缆工作频带不能很宽。以同轴电缆为例,当传输的信号频率在10MHz左右时,每传输1km,大约就要损失信号功率的一半(能量减半)。可见,金属电缆的频率特性较差,频带较窄。对于光纤来说,光纤的带宽与光纤的折射率分布、纤芯直径大小和光纤材料的不同种类而有较大的差异。例如,石英系单模光纤(SM型光纤),其带宽可达数十GHz.km以上,可见频带是非常宽的。

  3.线径细:光纤只有发丝那样的粗细,即便光纤成缆以后光缆也可以做得很细。无论在任何使用场合,与金属电缆相比光缆的占空可以得到大幅度的改善。

  4.重量轻:光纤的主要材料为石英玻璃,其比重只为铜的1/4,成缆之后也很轻,便于敷设施工。

  此外,由于光纤损耗低,频带宽,故使用光缆传输可以减少中继器的数量,甚至可以完全不经过中继器即可将大量信息长距离地传输到对方,从而可使传输成本显著降低。随着 ISDN业务的逐渐普及,今后图像、高速传真、高速数据等这些高速、宽带传输业务的需求势必不断增加,光纤正是可以满足这些要求的最为有效的传输手段。

  另外,因为光缆比较细,重量比较轻,所以在光缆的运输和敷设等作业中,工作效率和经济效益均较高。同时,由于容易实现长距离敷设,故链路中的每段光缆都比较长,从而减少了接续点的个数,进一步提高了系统的可靠性。

  由上可见,光缆必将代替以往使用的金属电缆,并且目前就已广泛地应用于各种传输线路中。

  二、光缆是否可以完全代替金属电缆?

  传输线路大体上可分为:连接市内电话局之间,或市内电话局 与长途局之间的市内局间中继线路,市外长途通信线路,以及连接电话局和用户间的用户线路。其中,中继线路、长途线路是局间接续,它使用一条高速、大容量的传输线路,可以承载许多业务,有很高的经济效益。特别是对于连接大城市之间的长途干线,其应用性就更强。因此,早期的光纤通信就是在局间中继线路和长途线路方面积极引入了光纤传输方式。可以预测这种倾向今后一定更加突出,以至不久的将来,中继线路、长途线路将全部被光缆所代替。

  在用户线系统方面,目前就大多数用户来说,只需要一条电话线,而对于大的工厂、公司、银行等单位来说,除了需要提供容量较大的电话线路以外还要求传输高速、宽带的通信业务,例如高速数据和活动图像等业务,因此,对于目前的用户系统,光纤光缆的使用仅限于在大的工厂、机关单位、公司、银行等内部以及它们与电话局间的连接。但是,今后随 ISDN业务的发展,光纤光缆正积极地向用户系统更广泛的方面扩展,必将进入家庭用户之中。可以预测,用户线路也将会逐步被光纤光缆所代替。

  三、光的本质是什么?

  那么从物理学角度来说,光是一种电磁波。在电视,广播和无线通信中所使用的点波,以及用于X光摄影中的x射线,用于放射线治疗的Y射线,这些也都是一种电磁波。因此,可以说光就是这些电磁波的同类。

  电磁波谱中的各种频率(或波长)的波,其中光波波长范围是从数纳米(1nm:10—9m)到数百微米(1pm=10-6m)。通常所说的电波是指远比光波波长长的电磁波,而X射线和Y射线是指比光波波长更短的电磁波。

  四、光的三大性质:

  1. 直线传播性:在同一种介质中,光总是沿着直线前进。

  2. 反射性:在不同介质的交界面上,一部分入射光要产生反射。

  3. 折射性:在不同介质的交界面上,没有产生反射的入射光继续前进而产生折射,行进方向发生了改变。

  五、什么是介质的折射率

  根据光的折射性质可知,当光在空气和水,空气和玻璃等不同物质中传播时,在其交界面上,光将发生折射而改变先进方向。那么方向改变多少,有多大的折射比例,这要根据形成的介质组合的不同而不同。如何介质确定了,则折射比例也就决定了,表示这个折射比例的尺度称为折射率。通常是以光线从空气入射某种介质时的折射比例来定义该介质的折射率。

  折射现象是因光在不同介质跌传播速度不同而产生的。在空气中,光的速度为 3×10m/s。而在介质中光传播速度降低。例如在水中,光速大约是空气中光速的3/4,在玻璃中大约是2/3,在宝石中大约是2/5。因此,介质的折射率n表示光在空气中(严格说应在真空中)的传播速度与光在某一介质中的传播速度之比,即n=空气中的光速/某一介质中的光速。

  六、什么是光的全反射现象

  当光从折射率的介质向折射率低的介质行进时,折射光的前进方向将向靠近界面侧偏转。因此,若增大入射角θi,使入射角增大到某一值时,折射光将与界面相平行,此时的入射角称之为临界角。当入射角大于临界角时,折射光消失,入射光在界面处全部被反射,这种现象叫作全反射。关于光的全反射,是光从高折射率介质向低折射率介质入射时才发生的一种现象。光从折射率低的介质向折射率高的介质入射时,绝对不会产生全反射的。

  七、光在光纤中是怎样传播的

  光纤的结构为介质圆柱体,由纤芯和包层两部分组成。纤芯区域完成光信号的传输;包层是为了将光封闭在纤芯内并保护纤芯,增加光纤的机械强度。目前,通信光纤的纤芯与包层主体材料都是石英,但两区域中掺杂情况不同,因此折射率也不同。

  纤芯的折射率一般是1.463~1.467(根据光纤的种类而异),包层的折射率是从1.45~1.46左右。也就是说纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。所以当纤芯内的光线入射到包层界面时,只要其入射角度大于临界角(能否产生全反射的临界角度),就会在纤芯内发生全反射,没有光漏射到包层中,光将在纤芯内不断传播下去。


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