關于使用光纖傳輸信號波形技術的探討

景運甫

摘 要：近年來，隨著我國信息技術的飛速發展，信息通信、網絡的覆蓋范圍越來越廣。網絡通信基礎設施的建設，離不開信息傳輸設備的建設，光纖作為傳輸光信號的絕緣介質，在傳輸信息上廣泛應用，信息網絡技術的快速發展，加快了光纖傳輸信號波形技術的應用。本文重點分析研究了使用光纖傳輸信號的特點和優勢，波形技術在信號傳輸過程中的主要應用，希望可以為信號光纖傳輸波形技術的推廣應用提供一些借鑒。

關鍵詞：信號；光纖傳輸；波形技術

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0048-02

在當前的信息化時代，光纖的應用得到很大的了拓展。由于光纖在信號傳輸過程中表現出來的較大傳輸容量，較強抗干擾性、較強穩定性、較強保密性等特征優勢，為現代信息建設中普遍使用。由此，根據光纖傳輸信號的特征研發出的傳輸信號波形技術也得到了大量的應用和良好的發展。隨著使用光纖傳輸信號波形技術的不斷發展，光纖作為主要的傳輸介質越來越發揮著無可替代的作用。

1 光纖的基本性能

從概念上講，光纖是一種用于傳輸光信號的絕緣介質，與傳統的傳輸介質相比較光纖具有體積小，重量輕等優點。光纖信號傳輸與傳統的電磁信號傳輸相比，光纖傳輸具有更高的信息容量、更寬的頻帶、更強的抗電磁干擾等性能，光纖傳輸信號的衰減是傳統電磁傳輸介質的1/400。此外，在具體的信號傳輸過程中，光纖傳輸還表現出傳輸損耗小，通頻帶寬，絕緣不受電磁感應干擾，耐高壓300kV等優越的性能，因此，在現代的信息通信等基礎設施建設上，信號傳輸介質都選擇了使用光纖傳輸。

2 光纖傳輸信號的種類

2.1 有源光纖傳輸

光纖在物理試驗中只能用于傳輸光信號，但是在實際的使用過程中設備發出的往往是電信號，如何實現信號在光纖中的傳輸，需要我們對傳統的脈沖信號也就通常所說的電信號進行轉換處理。用輕便的光纖代替笨重的同軸電纜完成電信號的傳輸，我們首先要做的是將電信號轉換成光信號，傳輸到達目的地后再將光信號還原為電信號，為設備識別運用。在實際的工作中，我們主要是通過使用光電信號轉換設備，目前應用比較廣的是光端機來實現把設備輸出的電流脈沖由二極管轉換成光脈沖信號，然后再由光纖傳輸到接收端，通過接受信號端的光端機將光信號轉換為電信號，設備就可以正常的識別和使用了。在實際的應用中，我們通常把采用這種模式傳輸信號的系統稱為有源光纖傳輸系統[1]。

2.2 無源光纖傳輸

在物理實驗的過程中，我們發現有些時候，在一定的條件下，可以直接產生光信號。其主要工作原理是，在近區測量中，有些輻射轉換體（閃爍體和契侖柯夫轉換體）可以直接把脈沖輻射轉變成適應光纖傳輸的光信號，實踐中根據測量脈沖輻射場，輻射脈沖的時間特性、輻射面大小的要求選擇、輻射—發光轉換體如閃爍體ST-1703的時間響應及發光波長更適于光纖傳輸。契侖柯夫轉換體是將光纖作為輻射—發光轉換體，又作為光的傳輸線。當輻射與光纖介質直接作用產生康普頓電子在光纖中的傳播速度大于光纖介質中的速度時，便在契侖柯夫光發射角的方向發出具有連續光譜的契侖柯夫光。并與光纖直接耦合，將光信號通過光纖傳輸到終端，再配合以記錄光導系統配合從而拼成了又一個脈沖輻射場測量系統。我們通常把這種模式的傳輸系統稱為無源光纖傳輸系統。

3 光纖傳輸信號的特性

3.1 衰減特性

光纖傳輸信號的一個重要特性就是光的衰減特性。我們都知道光是沿直線傳播的，光是一種能量形式，在傳輸過程中隨著傳輸距離的增加，就必然存在能量的消耗。光纖傳輸信號的衰減特性用來計量光在光纖中傳輸達到一定距離后其傳輸能量的損耗程度，用單長度的光纖對光波的吸收損耗來來表示。通常情況下，包括光波在傳輸過程中的本征吸收損耗和非本征吸收損耗兩種情況。本征吸收損耗是由純石英材料自身導致的損耗，非本征吸收損耗是由雜質導致的損耗[2]。除此之外，還存在部分散射、輻射損耗；散射、輻射損耗指的是光波在傳輸過程中向包層之外泄漏和朝逆方向反回，造成逆轉傳輸而產生的損耗。

大量的實踐證明，光信號在光纖中傳輸產生的損耗與波長有直接的關系。拿石英光纖的傳輸損耗情況為例：波長為1.31μm和1.55μm附近具有較低的衰減值；通常情況下1.31μm波長處衰減值為0.35db/km；1.55μm波長處衰減值為0.2db/km。值得注意的是一般情況下，多模光纖的損耗要普遍大于單模光纖，我們在選擇使用光纖來傳輸信號時就有根據信號的強度和距離等綜合進行測算，從而確定使用單模光纖還是使用多模光纖。在實驗或者實際的施工中，鋪設光纖時一定不能把光纖彎曲，人為的將光纖彎曲后，光纖會產生彎曲損耗。彎曲損耗，顧名思義就是產生光信號損耗的原因是由于光纖彎曲時內外兩側受到不同的壓力產生壓力差，壓力差導致光纖的折射率發生變化，進而導致光纖中的一部分光波輻射出來，產生彎曲損耗。為了能夠盡量減少人為造成的彎曲損耗，在施工過程中，或者在物理試驗時，如果不得不將光纖彎曲，那么要保證使光纖的折彎半徑大于光纖直徑的100倍，也就是說彎曲的半徑不能小于30cm。

3.2 色散特性

信號在光纖中傳輸的色散特性，指的是輸入的光信號由于不同頻率或不同模式的光在光纖中的傳播時速度不同，導致到達輸出端的時間不一致，由此導致輸出波形與輸入波形產生形變導致信號失真。在使用光纖傳輸信號的過程中要充分考慮到信號在光纖中傳輸的色散性特征，根據設備輸出和接收信號的情況合理選擇設備的型號的光纖的類型，避免出現由于光纖傳輸色散性特征導致的輸出信號失真，影響整體的傳輸效果。如果傳輸信號是數字式脈沖的情況，解調后信號的寬度會擴展，在調制波形是模擬式信號的情況，則檢波后電平隨著信號頻率的增加而降低。這種信號在光纖中傳送到額色散特性通常在多模光纖中色散比較大，而在單模光纖中基本沒有色散。

3.3 信號傳輸的兼容性

人們在物理實驗研究的過程中，為了研究場輻射條件下，金屬內部產生的電磁場度，由于應用普通的同軸電纜傳輸容易受到傳輸系統的干擾，還容易受到輻射和電流的影響，因此很難達到理想的實驗效果。為了能夠有效解決這類問題，我們嘗試使用光纖來信息信號的傳輸。由于信號在光纖傳輸中的系統頻帶很寬，幾乎不受電磁場的干擾，與使用同軸電纜傳輸信號相比較，還具有衰減小、重量輕、體積小等多種優勢，能夠很好的達到實驗的效果。

利用光纖傳輸模擬信號，其主要的技術操作是在試驗中完成單次模擬信號的傳輸、測試系統的要求，需要應用到較高高的傳輸頻帶及毫微秒光纖傳輸技術，光/電、電/光轉換器件。實驗操作中將一個瞬變的波形直接調制LD或LED輸出的光功率隨輸入信號的強度而變化，完成光電轉換。再經1000多米的光纖傳輸后由光探測器（PZN或APD）探測接收光電轉換，電轉換后的弱信號，經低噪聲放大到一定幅度，進行顯示和測量、記錄。光纖傳輸系統主要由三大部分構成，光信號發射機、光纖傳輸系統、光信號接收機。發射機為了保證系統的帶寬和快速響應，選用了脈沖響應快速激光器LD作為發射機的光源，配合較快的調制脈沖，根據LD的特點，激光器（LD）不宜承受較大的功率，所以在信號到來之前，把一個較寬的脈沖4μs閾值信號加在調制器上，使激光器（LD）工作在脈沖狀態。為保證傳輸信號在正、負極性準確地傳輸，克服溫度漂移帶來的誤差和工作補償，LD的工作點應選在線形性的中點。未解決比例測試信號的不穩定情況，發射部分還加有溫度補償網絡，考慮到測試信號的直觀性，比較傳輸信號到來的同時觸發拾取跟隨器經正、負甄別延遲后產生一固定幅度的標準信號，再加到信號輸入端，并使它落在傳輸信號的后面。光信號接收機由光探測器和低噪聲寬帶放大器構成，經光纖傳輸到終端的光信號，由光探測器接收轉換成電信號經放大后分兩顯示管記錄，一路用7844示波器記錄被測信號和校準信號全波形，通過比較直接讀出被測信號的幅值，激光器閾值臺階脈沖是由探頭，經同步器而提供，同步器分六路，可以同時接入發射機，臺階脈沖上的核信號是隨被測波形的有無而存在的。在物理試驗時考慮到一旦被測信號不來，在臺階脈沖上也有較準信號輸出，改為由同步觸發（即觸發），這樣較準信號就成為系統自己的考核信號，成功地采用光纖傳輸圓滿完成了物理試驗任務。

4 使用光纖傳輸信號波形技術

從大量的實驗和實踐情況看，使用光纖傳輸信號，光信號的波形長短對傳輸效果有著直接的影響，因此控制信號的波長，也就是波形技術在實際的信號傳輸中起到了至關重要的作業。從當前的測試數據看，波長為1.31μm和1.55μm附近時衰減值比較低，因此我們在應用波形技術時就可以盡可能的使傳輸信號的波長接近1.31μm和1.55μm，這樣就可以有效的減少信號的衰減，保證傳輸信號的質量[3]。

4.1 波長控制技術

波長控制技術的原理就是通過對輸出信號的波長進行技術層面的控制、調節，使在光纖中傳播的信號的波長接近1.31μm和1.55μm，從而使光信號在傳輸過程中產生最低程度的衰減，這樣一來就可以有效的保證了在長距離傳輸的過程中，信號的衰減度很小，確保了傳輸信號的整體質量。隨著信息技術突飛猛進的發展進步，當前，實現對波長的控制已經比較簡單，先進的光電信號轉換設備可以根據不同的傳輸距離，來選擇轉換成不同波長的光信號，可以很好的解決光信號在傳輸過程中的衰減問題，大大提高了光纖傳輸信號的質量。

4.2 波頻控制技術

波頻控制技術的原理是通過對輸出信號的波頻進行調控，是傳輸前光信號最大限度的趨于相同的頻率上，這樣就可以有效的控制色散性，最大限度的保證光信號在接收端呈現時不失真。當前在實際的技術應用中，波頻控制技術的應用也比較成熟，主要是通過在輸出端和接收端使用先進的光電信號的轉換設備來實現對傳輸光信號的波頻控制。通過輸出端光電信號轉換設備的轉換，將電信號盡可能的轉換成為了波頻基本相同的光信號，在信號的接收端，光電信號轉換設備再將信號盡可能的還原，最大程度的保持傳輸信號的穩定性，保證傳輸信號的質量不失真。

5 結語

隨著波形控制技術的發展完善，對于光信號的波長和波頻的控制將變得越來越容易，從而有效的解決了光信號在傳輸過程中的衰減和失真問題，確保了信號在光纖中傳播的穩定性和保真效果，更好的實現了人們使用光纖傳輸信號的技術要求。波形技術的不斷創新和發展，必將對未來使用光纖傳輸信號技術的創新和發展起到很好的推動作用。

參考文獻

[1]王忠華.光纖傳輸技術的優勢特點及其維護策略[J].西部廣播電視，2015，（9）：250.

[2]陳克難，劉文紅.使用光纖傳輸信號波形的技術[J].儀器儀表學報，2005，（z1）：537-538.

[3]姜楠.廣播電視信號傳輸中光纖傳輸技術應用分析[J].新媒體研究，2016，（11）：34+36.