电力光纤传输技术探讨

宋庆平

（国网山西省电力公司长治供电公司山西长治046011）

摘要：当光照射到金属或半导体上产生光电流的现象。光电流的强度与入射光成正比；当入射光的频率低于红限频率时，不会产生光电效应。入射光的频率太高，半导体材料对光的吸收系数将变大。光纤传输技术正是将此项物理现象应用到通讯中。本文对电力光纤传输技术进行了详细的介绍，仅供参考。

关键词：电力；光纤；传输技术

1光纤传输特点与光构成

1.1光纤传输的特点

光纤对光信号的衰减极小。每km光纤对信号的衰减为0.2分贝，调幅光纤不加中继可传输40km左右，数字光纤可传输100km以上。光纤不易受电磁干扰，传输质量很好。光纤的容量极大。每一根光缆中包含4根至几千根光纤，每根光纤可复用几十个波长，每个波可传输几千套电视节目。

1.2激光

英文为Laser（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，即莱塞、镭射），受激辐射引起的光放大。辐射过程有三种：自发辐射、受激辐射、受激吸收。产生激光的三个条件：实现粒子数反转、满足阈值条件（受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗）和谐振条件（直射光与反射光位相相同）。工作物质（激活物质）、泵浦系统和谐振腔构成激光器的基本组成结构。

1.3与激光有关的基本概念

粒子数反转（高能态的粒子数大于低能态的粒子数）；激活物质（具有能实现粒子数反转能级结构的物质）；泵浦过程（激励过程，即通过外界不断供给能量，促使低能态粒子尽快跃迁的过程）；谐振腔（使受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大）。

2光信号的调制和解调

2.1光信号的副载波强度调制

AM-IM的特点是传输节目更多，但对激光器的要求较高，光接收机的灵敏度较低，传输距离较近，1.31μm激光，无中继距离不超过35km。FM-IM的特点是对激光器线性的要求不高，传输距离较大。图像质量高交调互调产物表现为接收调频波的背景噪声，对图像质量的影响较小。但所占频道较宽（每个频道35MHz～40MHz），一根光纤只能传输16～18套电视节目，光接收机输出的信号需经过FM/AM转换器才能送入用户。可组成一个卫星电视传输系统。PCM-IM方式：失真小，无噪声积累，多级传输后载噪比仍可达60dB，C/CTB和C/CSO可达70dB。无中继放大可传输100km以上，利用光纤放大器，可传输数千公里。但价格贵；无压缩时，一根光纤只能传输16套节目。经过压缩，可传输数百套节目，但成本较高。

2.2光调制器原理

直接调制的技术简单，损耗小，易于实现。但易出现附加频率调制或啁秋效应（chirping）。出现组合二次互调失真（CSO）。内调制和外调制需要通过专门的调制器。外调制效率较低，但无啁秋效应。光接收机的任务是把光信号恢复成电信号。硅波长响应范围为0.5μm～1.0μm，锗和InGaAs为1.1μm～1.6μm。

3光纤的结构和原理

光纤由光纤素线、光纤芯线、光纤软线（单芯、双芯）构成，分为单模光纤（SM）和多模光纤（MM）。在-25℃～-35℃时，光纤附加损耗为0.03dB/km～0.04dB/km，在-40℃时，附加损耗为0.06dB/km～0.08dB/km。

光纤具有色散特性，输入信号中不同频率或不同模式光的传播速度不同，不同时到达输出端，使输出波形展宽变形、失真的现象。色散限制了光信号一次传输的距离；减少了传输的信息容量；与光源的调制特性一起产生组合二次失真（CSO）。对数字传输产生不良影响。色散常数D=dτ/（L•dλ）。

G.652光纤对1.31μm光的色散为零，性能最佳；也可用于1.55μm光；G.653光纤：零色散波长在1.55μm附近，适于长距离、大容量的信息传输，但价格较贵；G.654光纤（截止波长移位光纤）：1.55μm处的衰减最小（色散仍然较高），用于海底光缆；G.655光纤：零色散点不在1.55μm，避免发生多波长传输的四波混合，用于密集波分复用；无水峰光纤：多了一个1.4μm的窗口（损耗比1.31μm小，色散比1.55μm低），可提供从1.28μm至1.625μm的完整波段，可复用的波长数大大增加。

4光缆

光缆的基本组成部分有光纤、导电线芯、加强筋、护套。光缆的接续分固定连接（粘接和熔接）与活动连接（光连接器和机械连接子）两类。

4.1模拟光纤干线的基本原理

光发射机将电视信号调制到光信号上，光分路器把光信号分成不同比例，分别送入各光节点，光纤放大器将光纤中的光信号放大，使之传输更远的距离，光接收机从光信号中解调出电信号。光发射机有直接调制光发射机、YAG外调制光发射机、DFB外调制光发射机。光接收机（opticalreceiver）应用在通信的光纤传输与接入，负责接收光信号的设备。通常由光检测器、光放大器和均衡器以及其他信号处理设备组成。

光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出光纤传输后由光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。光信号经由光发射机发射与传输后，脉冲的波形被展宽，幅度得到了衰减。此时光接收机检测经过传输的衰减过的光信号，将其放大和整形，从而复生原信号。光纤放大器的工作原理有直接放大与间接放大，有后置放大器（光增强器）；前置放大器（预放器）以及光中继器。

4.2掺铒光纤放大器（EDFA）

双掺杂EDFA同时掺入钇和铒两种元素，泵浦光功率达3W，波长为1.047μm，信号光输出功率达2×500mW（27+3dBm）。包层泵浦EDFA的光纤有两个包层。纤芯的直径为5μm，第一包层的直径为90μm，第二包层的直径为125μm。泵浦光（波长为910nm～990nm）从第一包层输入。可放大1537nm～1574nm或1560nm～1600nm的光，输出功率达3000mW以上。三种泵浦方式进行比较：输出光功率方面，双向泵浦>后向泵浦>前向泵浦；噪声方面前向泵浦<双向泵浦<后向泵浦。

掺镨光纤放大器（PDFA）的高增益区在1.3μm附近，最高可达42dB，最大输出功率达280mW，在30nm带宽内，可以得到大于100mW的输出功率。PDFA与1.48μm泵浦的EDFA的噪声性能差不多。

4.3光分路器

M×N光分路器有M个输入端和N个输出端。光分路器原理分为微光型、光纤型、光波导通路型。光分路器的技术指标有插入损耗：Aj=10lg（Pi/Pj）；附加损耗：Af=10lg（Pi/∑Pn）；分光比：kj=Pj/∑Pn。显然，Aj=Af-10lgkj，光分路器的附加损耗值Af可通过固定参数表查得。

参考文献：

[1]姜树森，蒋剑锋，高伟，等.浅谈通信传输的常见问题与技术要点[J].数字技术与应用，2011（3）.

[2]赵锐.浅谈光纤通信的发展现状及发展趋势[J].科技致富向导.2011（18）