同轴电缆由于线材本身特性的问题,使得传输距离受到限制,在充斥着电磁波的使用环境中,电磁波的干扰更使同轴电缆传输的效率降低,若安装地点位于多雷区,两端设备还会因雷击遭到破坏。光纤传输具有同轴电缆无法比拟的优点而成为远距离视频传输的首选设备。
光纤是光波传输的介质,是由介质材料构成的圆柱体,分为芯子和包层两部分。光波沿芯子传播。在实际工程应用中,光纤是指由预制棒拉制出纤丝经过简单被复后的纤芯,纤芯再经过被复,加强和防护,成为能够适应各种工程应用的光缆。
光纤传输系统的结构
光纤传输的是光信号,因此光发射机完成E/O转换核心器件是光源,而光接收机完成的是O/E转换,核心器件是探测器。因此光纤传输系统的三要素为光源、光纤、探测器。
1、光载波波长的选择
应该从两个方面考虑,一是在该波长处探测器能良好的工作,二是光纤在该波长处的损耗和色散性能良好。传输距离较短的系统对光纤损耗和色散要求不十分苛刻,波长选择时应实际考虑光源和探测器的成本。
2、光源的选择
光源的选择除了与波长有关外,还要涉及系统的调制方式、传输带宽(传输速率)及成本因素。LD价格比LED要高,驱动电路也比LED复杂,寿命比LED短。因此。LED是一种实用、廉价的光源器件,对于大多数5km以下的应用是足够的。
LD的入纤功率比LED要高10到25dB,在噪声为主要限制因素的应用中,LED显然是很不利的,况且LD在避免材料色散方面也很有利,所以在高速度、长距离系统中LD要优于LED。
3、探测器的选择
与PIN二极管相比,雪崩二极管可以提高接收机的灵敏度,但价格较高,对温度敏感,需要一个复杂的电路来保证工作稳定。
4、光纤的选择
光纤的选择主要考察的是单模与多模之间的选择,也包括折射率差和折射率分布等。采用LED做光源,为了传输尽可能多的光功率必须选择多模光纤,而且希望有大的折射率差。梯度光心对于减小模间色散有一定好处。
采用LD做光源,既可以使用单模光纤,也可以采用多模光纤。单模光纤截面积小(5~10µm),光纤接续比多模光纤要困难。在高速率的系统中LD与单模光纤耦合最佳。
光纤传输的特点
1、传输损耗低
损耗是传输介质的重要特性,它只决定了传输信号所需中继的距离。光纤作为光信号的传输介质具有低损耗的特点。如使用62.5/125µm的多模光纤,850nm波长的衰减约为3.0dB/km、1300nm波长更低,约为1.0ddB/km。如果使用9/25µm单模光纤,1300nm波长的衰减仅为0.4dB/km、1550nm波长衰减为0.3dB/km,所以一般的LD光源可传输15至20km。目前已经出现传输100公里的产品。
2、传输频带宽
光纤的频宽可达1GHz以上。一般图像的带宽为6MHz左右,所以用一芯光纤传输一个通道的图像绰绰有余。光纤高频宽的好处不仅仅可以同时传输多通道图像,还可以传输语音、控制信号或接点信号,有的甚至可以用一芯光纤通过特殊的光纤被动元件达到双向传输功能。
3、抗干扰性强
光纤传输中的载波是光波,它是频率极高的电磁波,远远高于一般电波通讯所使用的频率,所以不受干扰,尤其是强电干扰。同时由于光波受束于光纤之内,因此无辐射、对环境无污染,传送信号无泄露,保密性强。
4、安全性能高
光纤采用的玻璃材质,不导电,防雷击;光纤传输不像传统电路因短路或接触不良而产生火花,因此在易燃易爆场合下特别适用。光纤无法像电缆一样进行窃听,一旦光缆遭到破坏马上就会发现,因此安全性更强。
5、重量轻,机械性能好
光纤细小如丝,重量相当轻,即使是多芯光缆,重量也不会因为芯数增加而成倍增长,而电缆的重量一般都与外径成正比。