发布时间：2024-01-19 15:59:15
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中图分类号： U285 文献标识码： A
前言
随着互联网技术的发展，社会经济的发展对通信带宽提出了越来越高的要求，这些要求直接推动了现代光纤通信系统高速化、宽带化、智能化的发展。在这样的技术环境下，随着光纤放大器技术的成熟与广泛运用，光纤的特性对系统影响的研究越来越深入。光纤特性中的衰减因素已不再是限制陆地光传输系统性能的主要原因，而色散、偏振模色散和非线性效应则成为了影响现代光纤通信性能指标的主要因素，在光纤通信广泛应用的环境下，对光纤的研究也显得越来越重要，本文通过介绍了光纤的种类及一些结构特点，并对光纤的维护应用进行了研究。
1.光纤的种类
按光纤的材料分类有石英光纤和全塑料光纤；按折射率剖面分类有阶跃和梯度光纤；按工作波长分类有短波长、长波长和双窗口光纤之分,按传输模数分类,光纤可分为多模和单模光纤两种。传输的波模为多个称多模光纤(MMD),它有阶跃(SI)和渐变(GI)两种类型,截面均为50nm.km，工作波长为800nm，传送频带前者最高为50MHz.km，后者为1GHz.km。多模光纤因各模式群速不同因而导致信号色散现象，这是多模光纤的典型传输特点。
传输的波模仅1个的为单模光纤(SMF)，它的工作波长分别为1310nm和1550nm，光纤直径为10nm，传输频带都为10GHz.km，现在的接人网中均采用单模光纤传送几十套电视节目。单模光纤分G.652，G.653，G.654三种不同类型。G.652是目前最常用的单模光纤，被称为1310nm波长性能最佳的光纤,也叫色散未移位单模光纤。其纤芯折射率分布为匹配包层和下陷包层两类，都可在双窗口波长工作，在1310nm时,理论色散值为零；在1550nm时,传输损耗最低；而G.653光纤通过改变折射率分布,使零色散点从1310nm移至1550nm,使光纤最小衰减窗口和零色散窗口均统一在1550nm波长上,G.653光纤也叫色散位移光纤；G.654光纤是1550nmnm波长损耗最小的光纤，设计这种光纤时，主要考虑怎样降低1550nm处的衰减,其零色散点仍在1310nm波长处，这类光缆主要用于海底光纤通信。
2.光纤的特性
光纤的特性主要有色散、偏振模色散和非线性效应等。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输带宽。
2.1光纤损耗
在信号传输的过程中，都希望信号传得越远越好，因各种原因都会使光纤产生损耗，因此光纤损耗的大小起着关键性的作用，那么传输损耗就是光纤最重要的特性之一，光纤的损耗主要来自于以下几方面：
(1)光纤结构造成的损耗。纤芯和包层虽属石英玻璃介质，因各自掺杂剂材料的不同，其折射率不同。折射率高的材料，瑞利散射损耗大，反之折射率低的材料，瑞利散射损耗较小。
(2)光纤的弯曲损耗。光纤弯曲曲率的大小会引起辐射损耗大小的变化，若光纤自身细微的弯曲部分连接起来，会产生光纤连续微弯，引起损耗增加。
(3)吸收与散射损耗。光在纤芯中传输时，有部分光能在材料中被吸收，因而引起损耗，这就 要求生产光纤时所用的材料尽量不吸收光能,减少不必要的损耗。散射损耗是指已被散射的光向着包层之外泄漏，或者朝逆方向返回。引起逆方向的传输损耗。
(4)光纤的熔接损耗。光纤熔接会产生接头损耗,所以光纤的熔接损耗是由操作人员和熔接机控制的，应以最高的技术最好的熔接机来达到光纤熔接后的最低损耗值。
2.2色散
光纤放大器技术的成熟和广泛运用成功地改善了光纤损耗对陆地光通信系统性能的影响，但由于光纤放大器是仅对光信号进行功率补偿的模拟器件，并不能直接完成光信号的再生，色散的累积将导致光信号在传输过程中出现脉冲展宽并产生严重的码间串扰，因此，色散已成为目前限制光通信高速率和长距离发展的主要原因之一。因此，色散和色散斜率是影响高速光通信系统长距离传输的重要因素。改善色散、色散斜率对系统性能的影响在系统规划时应当考虑选择合适的光纤作为传输介质，同时也可以依靠色散补偿技术来实现。单模光纤的色散主要包括材料色散(CD)和波导色散(认心)，其中材料色散主要由制造光纤的材料的色散特性、掺杂物质的色散特性以及光纤制造工艺决定，波导色散主要由光纤剖面结构决定。
2.3偏振模色散(PMD)
光信号在单模光纤中是以两个相互正交的线性偏振模式进行传输的，理论上，如果光纤在材质均匀度、物理性状等方面均无缺陷，则这两个偏振模将会以相同的速度传输。但在实际的光纤制造、运输、敷设安装等过程中，无法避免地会产生光纤材质、形状和应力上的各向异性，在光纤的物理特性上就表现为光纤几何尺寸不规则，导致光信号传输管道物理性状的不理想，使得两个偏振模式出现传输群速度差，形成偏振模色散，最终导致光脉冲的展宽。同时，由于偏振随机模藕合对环境条件、温湿度、光源波长的波动敏感，使得偏振模色散成为随时间变化且与波长相关的统计量，统计分布规律与麦克斯韦尔分布对应。
随着系统传输速率达到10Gb/s特别是40Gb/s时，曾经被忽视的偏振模色散对系统性能产生了越来越严重的影响，并且由于其统计特点，使得其对系统性能的影响很难消除。要获得最好的系统传输性能，应当在系统规划时做好充足的考虑，采取例如选择合适的低偏振模色散光纤和器件、规定合适的信号调制格式、应用前向纠错编码等技术措施，实在不能满足系统要求时还应采取其他的补偿措施。
2.4非线性效应
随着光纤内传输功率和占用带宽的增大,光纤中的非线性效应显著增强，成为限制尤其是密集波分复用系统性能的主要因素，光纤中的非线性效应主要由受激非弹性散射和非线性折射率引起。对于受激非弹性散射引起的非线性效应，应当从降低光纤截面的功率谱密度方面考虑。对于长距离通信的实现不能盲目依靠增加输人光功率的方法实现，而应综合考虑，通过增大光纤有效模场直径等方式将会是较好的解决办法。对于非线性折射率引起的非线性效应，主要应当从降低介质非线性方面考虑，例如在系统中引人适当的色散来抑制FWNI等，利用色散来破坏相互作用信号的相互匹配，从而实现对FWM的抑制，非零色散位移光纤(G.655)在实际系统中的应用就是一个例子。
3.光纤通信技术的应用
由于所采用光纤的参数对高速密集波分系统性能和传输距离的影响非常大，应在建设程序中明确要求光缆线路竣工后需对光纤线路的衰减、色散和偏振模色散等特性进行详细、准确地测试，为随后的设备采购、网络规划提供重要的技术资料对于采用了补偿技术的高速密集波分系统，应对补偿技术采用后的整个系统性能进行系统带内测试，以确定残余色散量是否能够满足系统需要。另外，在运营过程中也应加强对光缆线路中光纤特性进行定期跟踪测试，特别要强化对光纤的色散和偏振模色散特性测试和对数据的统计整理。
现代光纤通信技术中数字传播技术(SDH)的应用是主流。其交叉连接的数字设备是具有一个或多个信号的端口，这个端口可以实现对任意之间的信号的控制，它具有配线、复用、保护、恢复、网管及监护多层次的功能。
再生器的应用也属于现代光纤传输技术的一种，其位于传输链的中间环节，能够实现STM―N信号的接收，并通过适当的处理，使信号能够按照规定的波形、幅度和定时特性能够继续向前传送。
在SDH网中，通常采用环型自愈网实现保护的方式，来达到增强自身通信的可靠性的目的。环型自愈网保护，即是指把各个ADM的节点构成一个环型，在某个网元或某段线路出现故障问题时，可以利用ADM的智能作用，来寻找替代的路由，来对所要传输的信号进行保护。
SDH传输网是通过一些SDH网络单元构成的，在微波、光纤或卫星上进行信息的同步传送，融传输、复接、交换功能于一身，进行统一的网络操作管理的综合信息网。其可以实现对网络的有效管理、网络的动态维护、业务性能的监视等功能，并能够使网络资源的利用率得到有效的提高，来满足电视广播干线传输网的信息交换与传输的要求。对广播电视传输质量的提高是一次质的飞跃，正因为这样，SDH技术正发展成为电视广播领域信息传输技术方面发展和应用热点，也使得现代光纤通信传输技术的综合应用得到更好的发展。
4.结论
光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一，在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用，在全球通信领域及相关行业光纤通信技术发展迅速。综上所述，在光纤通信系统规划过程中，必须综合考虑光纤衰减、色散、偏振模色散和非线性效应等光纤特性对光纤通信的影响，同时还应充分考虑扩容空间预留，为中长期发展奠定基础。只有这样才能使得光纤通信健康快速的发展，并对社会发展与进步做出巨大的贡献。
实验是物理教学的基础，它既是物理教学的内容，又是物理教学的方法和手段。“贵生课堂”提倡以人为本的教育理念。初中学生性格活泼，好奇心强，对于新生事物有着强烈的求知欲，多媒体教学手段在物理实验中的运用正好迎合了他们的这一特点。通过制作Flash，将学生难以想象、理解的问题简单直观地通过设计的动画展现出来，增加了趣味性，提高了学生的感知认识。以初中物理电学实验为例，电学本身的逻辑性与抽象性较强，很难通过教师的讲解让学生在思维中形成完整的认识。将电学实验用多媒体的形式演示出来，就很容易将知识的难点化解了。
二、灵活性，使抽象知识形态化
“贵生课堂”强调调动学生的学习积极性，营造轻松和谐的学习氛围。根据这个理念，可利用多媒体将各类实验的内部发生的变化灵活地表现出来，调动学生的学习积极性。比如在学习卫星的运动、日（月）食的形成时，这些内容在实验室根本无法完成，仅仅依靠几张图片的展示也很难让学生真正理解日食、月食发生及变化的规律。此时借助于多媒体的灵活运用，通过制作动画、三维立体展示日（月）食的形成过程，展现其逐渐发生的变化，使抽象的知识形象化，不仅保证了实验的效果，也增强了实验知识的直观性。
三、时间性，利于提高教学效率
实施“贵生课堂”教学模式要求对各个环节的时间分配作科学的安排。一节课的时间有限，如何在有限的时间内让学生掌握好所讲所学的知识，提高课堂有效性，是我一直思考的问题。“贵生课堂”教学模式的提出对教学有很大的指导意义。以大气压强为例，这个知识点一直是学生最难以理解的难点之一。课堂开始的前15分钟，我以经典的1654年德国马德堡市长做的著名的半球实验为素材，以Flash形式在屏幕上呈现动画：左右各一匹马同时拉一个空心铁球，两边同时增加马匹，当累计到16匹马时空心铁球被拉开。在这个演示过程中，学生们聚精会神地盯着屏幕，不断发出惊叹声，充满了好奇。中间15分钟，我因势利导地提出问题，学生们在好奇心的作用下，认真听讲同时积极回答问题。最后的10分钟，学生自主讨论，学习兴趣浓厚，极大地提高了课堂教学的有效性。
四、简单性，利于激发学习兴趣
“贵生课堂”提出让学生简单学习、自主学习。物理实验教学是物理课堂教学的重点和关键。但是受时间与空间的限制，很多实验靠仪器本身的演示效果不够理想，难以完成从实验现象到物理规律的转化。如《串联和并联电路电阻的特点》的实验，器材很多，而且对于串并联的公式及特点学生也很容易混淆。于是我在实验中间同时播放该实验的实况录像和模拟动画课件，学生实验操作同步进行，既看清了操作技法、注意事项，又明白实验原理，大大加快了学生的实验速度和准确性。
自参加工作以来,我有幸得到机会教授自初中至高二的课程,这在我们这所既有初中部又有高中部的学校是很少见的。大多数老师都是一届一届地反复教授初中或高中,像我这样能够体会二者之间衔接的人少之又少。我很庆幸在新课改的环境下有机会贯穿初高中教材,并且在实际教学中,深刻地体会到了二者之间巨大的差异,也能够理解为什么很多学生从初中升入高中后,在英语学习中感到毫无头绪,屡屡受挫。
一、初高中英语的特点
1.初中是学习英语的基础阶段。在这个时期,教师大多很少用英语授课,多以汉语解释指导。在课堂上,我们多以分组练习的形式丰富课堂活动,活跃课堂气氛,目的只有一个,就是激发学生学习英语的兴趣。在一种轻松的氛围中,学生记忆大量信息,以备后期的输出。我们注重听说训练和词汇积累,阅读理解和语法讲解不是教授重点。这一时期的教学特点是保姆式教学。老师几乎手把手地指导学生,从单词的发音,拼写到句子的组合,几乎做到一字一句地教授,面面俱到。大多数初中教师一直沿用的一个有效学习方法就是背例句,背范文。因此,一般情况下,在初中时期,只要学生跟随老师的步伐,对重点难点加强记忆,一般成绩都比较理想。
2.高中是英语学习的深化阶段。到了高中,无论是从教材内容,还是从课堂授课形式,较初中都有了很大的改变,因此若学生继续沿用以往的学习方法,就必定会感到力不从心。高中英语侧重培养阅读能力,需要同学们把学到的知识灵活运用到对语言文章的理解中,不断提高分析判断能力、逻辑思维能力和语言运用能力。授课不再是简单的机械重复,而是一种探究性的学习。英语学习不再是简单的词汇的积累,更多的是语言的运用和理解。教师多用全英文授课,课堂活动减少,阅读写作量增大。教师注重对课文篇章结构的理解及深层含义的理解,注重有选择性地讲解重点、难点,不会面面俱到,这就对学生有了新的学习要求,即培养自主探究和举一反三的能力。
二、初高中英语学习的差异
1.初高中英语试题范围和形式不同。初中英语考试的试题重复性大,很多都是平时做过的,因为内容少,题型比较简单,所以考试的时候学生们会感觉很轻松,考试成绩也比较理想,使他们觉得学习英语并不难,便于调动学习积极性。但高中试题范围广泛,题量大,单纯掌握课文知识仅仅只是基础,除此以外还需要摄入大量课外知识,并且要具有逻辑思维的能力及分析、判断和归纳的能力,这种综合运用能力在完形填空、阅读理解和任务型阅读题型中显得尤为重要。学生如果只注重背单词,不去探究,那么只是了解深层含义是远远不够的。
2.初高中英语教材的差异。初高中英语教材有很大的跨度。初中英语是基础英语,比较简单且要求低;高中英语容量大,节奏快,要求高,几乎每堂课都有新的内容,需要学生及时掌握、消化和巩固。举语法为例,在初中阶段,基础的语法内容学过了,在高中,我们要学习的是更深更高层次的语法,如定语从句、非谓语动词、名词性从句、倒装结构、虚拟语气等,其中的部分内容,我们并不生疏,但是初中接触的还只是皮毛,高中阶段的学习会比之前的所学内容复杂得多。
3.初高中学生英语学习方法不同。初中生很依赖教师,所学内容大都跟着教师进行简单机械的重复操练。用这样的方法是无法适应高中英语学习的。高中英语需要先理解,后记忆,这样才能记得多,记得牢。初中英语内容简单,不进行课前的预习和课后的复习,仅凭课堂的反复讲练也能记住,但到了高中,预习和复习是不容忽视的两个环节。如果没有做好充分的预习,听课效率就不高。没有做好复习,课堂所学的内容就无法得到巩固。高中学习更需要学生独立思考及创新思维。
三、学生要有好的学习方法
对于学生而言,面对以上种种差异,面对新课标新教材的要求,无论是初中生还是高中生,只有拥有了学习英语的热情和有效的学习方法,才能达到事半功倍的教学效果。好的学习方法来源于好的学习习惯,学生们应该争取做到以下几点。
1.养成良好的预习,复习习惯。自觉有意识地预习是提高听课质量的保证。查出生词,通读全文,标出重点和难点等预习步骤都会使学生在听课过程中更加有针对性,变主动为被动。复习需要不断重复,这样可以对知识有较深的印象,便于所学知识的重现和反复记忆。
2.养成阅读尤其是朗读的习惯。英语是一门语言学科,因此朗读不但可以提高发音的准确性和韵律感,还有助于提高听力水平和阅读水平。除此以外,多多涉猎其他领域的英文材料,从课本配套听力材料到英文电视节目,都可以促进英语听、说、读、写能力的提高。英语这门语言需要量的积累,才能达到质的飞跃。
3.勤于查字典,学会使用工具书。查字典是一种学习技能。随着阅读量的增大,学生们经常会碰到词汇方面的问题,学生不应该仅仅依靠老师解决,应该主动运用工具书,特别是用英汉双解字典为自己排忧解难,使用得当必定会给英语学习带来莫大的好处。
