1、1通信系统光纤技术及其发展摘要：光纤通信最大的技术优点是信息容量大，且光纤的损耗低、传输距离长；光纤通信不易被电磁干扰，对信息的保密性能好；可以有效节约有色金属；光缆尺寸小，便于安装和运输。在这几十年的发展历程中，光纤通信已经成为现现代通信技术的重点。本文首先分析了光纤通信技术的特点并说明了其系统的基本构成，然后重点探讨了光纤通信技术的发展阶段及现代新技术的应用，最后对光纤通信技术的发展趋势做了展望。 关键词：通信系统；光纤技术；通信容量；光纤到户；波分复用 Optical fiber communication is not easy to be electromagnetic interf
2、erence, the information secrecy performance is good; Can effectively save nonferrous metals; Cable size is small, easy to install and transport. In the decades of development, optical fiber communication has become the focus of the modern communication technology. This paper first analyzes the chara
3、cteristics of optical fiber communication technology and illustrates the basic structure of the system, and then probes into the new stage of development and modern optical fiber communication technology applications, finally the development trend of optical fiber communication 2technology were disc
4、ussed. Key words: communication system; Optical fiber technology; Communication capacity; Optical fiber to the home; WDM 中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 光纤通信技术的特点 （一）频带极宽，通信容量大 光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量，特别是现在的
5、密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps 到 10Gbps。 （二）损耗低，中继距离长 目前，商品石英光纤损耗可低于 020dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；若将来采用非石英系统极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离；对于一个长途传输线路，由于中继站数目的减少，系统成本和复杂性可大大降低。 （三）抗电磁干扰能力强 光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和
6、太阳黑子活动的干扰，也不受人为3释放的电磁干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应，光纤传输系还特别适合于军事应用。 （四）无串音干扰，保密性好 在电波传输的过程中，电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰，而容易被窃听，保密性差。光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在光波导结构中，而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，即使在转弯处，漏出的光波也十分微弱，即使光缆内光纤总数很多，相邻信道也不会出现串音干扰，同时在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。 光纤通信系统的基本构
7、成 （一）光发射机 光发射机的功能是把输入的电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能主要取决于光源的特性，对光源的要求是：输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED)、半导体激光二极管(LD)和动态单纵模分布反馈(DFB)激光器。也有使用固体激光器作为光源。 光发射机把电信号转换为光信号的过程称为调制。调制方式主要有直接调制和间接调制两种。 4（二）光接收机 光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和
8、衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心。对光检测器的要求是响应度高、噪声低、响应速度快。 （三）光纤或光缆 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。 （四）中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。 （五）光纤连接器、耦合器等无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长
9、度也是有限度的（如 1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。 光纤通信技术的发展阶段及现代新技术的应用 （一）光纤通信的发展阶段 光纤通信的发展史虽然只有二三十年，但由于它无比的优越性，使它成为了现代化通信网络中最为重要的传输媒介。总体来说，光纤通5信的发展大致分为 4 个阶段。 1、第一阶段（19661976 年）是冲基础研究到商业应用的开发时期 这个时期中，出现了短波长（850nm）低速率（34 或 45Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约为 10km。 2、第二阶段（1
10、9761986 年）是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标的大力推广应用的大发展时期 在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长（850nm）发展到长波（1310nm 和 1550nm） ，实现了工作波长为 1310nm，传输速率为 140565Mb/s 的单模光纤通信系统，无中继传输距离为 50 到 100km。 第三阶段（19861996 年）是以超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术研究的事情。 在这个时期，出现了 1550nm 色散位移单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达 2.5-10Gb/s，无中继传输距离可达 100150km，实验室可以达到更高水平。 第四
11、阶段（1996 年至今）是采用光放大器，波分复用光纤通信系统的超长距离的光弧子通信系统的时期。 20 世纪 60 年代中期，所研制的最好的光纤损耗在 400dB 以上。1966年英国标准电信研究所高锟及 Hockham 从理论上预言光纤损耗可降至20dB/km 以下。日本于 1969 年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km。1970 年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于 20dB/km 和 4dB/km 的低损耗石英光纤。1974 年贝尔实验室（Bell）6采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。到 1979年，掺锗石英光纤在 1.55m 处的损
12、耗已经降到 0.2dB/km，这一数值已经十分接近由 Rayleigh 散射所决定的石英光纤理论损耗极限。 我国 1963 年开始光通信的研究。1977 年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗为 300dB/km。1978 年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤，即 G.651 光纤。1979 年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km。建成 5.7km、8Mb/s 光通信系统试验段。1980 年 1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km，1550nm 窗口衰减为0.29dB/km。1981 年多模光纤活动连接器进入实用。1984 年武汉、天津
13、34Mb/s 市话中继光传输系统工程建成(多模)。1990 年，研制出 G.652 标准单模光纤，最小衰减达 0.35dB/km。1992 年降至 0.26dB/km。 （二）现代新技术的应用 1、单纤双向传输技术 单纤双向传输技术是针对双纤双向传输而言的，双纤传输时，其信号可以在两根不同的光纤中传输，而单纤传输时，信号在调频过后可在不同的波段后，在同一根光纤里传输。现代光纤的传输容量不断增大，从理论上说，光纤传输的容量是无限的，只是受到设备等各种因素的影响，传输容量大大降低，远不及预期的效果。目前，光纤通信传送网都是通过双纤双向传输的，如果利用单纤双向传输技术就能有效的节省一半的光纤资源，而
14、对于现代庞大的光纤网络传输系统中，可节省的光纤资源数量也是十分庞大的。 研发出成熟的单纤双向传输技术对网络通信的发展有十分积极的意7义。单纤双向传输技术已经得到了广泛的使用，但主要用在光纤末端接入设备：PON 无源光网络、单纤光收发器等设备，骨干传送网上还没有使用到这种技术。可见，这也是光纤通信技术的未来发展方向。 2、光纤到户（FTTH）接入技术 高速数据通信和高质量视频通信等媒体业务的发展和拓展，对现代宽带综合业务网的研究起到了积极的推动作用。而今，核心网便成为了以光纤线路为基础的高速信道，国际权威专家认为，宽带综合信息接入网是现代信息高速公路发展的“最后一公里” ，同时也指出，这是信息通
15、信发展的又一个瓶颈。虽然 ADSL 技术为现代通信业务提供了良好的基础，但对于未来将要发展的通信业务，如:网上教育，网上办公，会议电视，网上游戏等双向业务和 HDTV 高清数字电视，尤其是 HDTV，现阶段的传输率仅为 19.2Mbps，用 H.264 压缩技术可以压缩到 5Mbps6Mbps。 在实践中，QOS 有所保证的 ADSL 的最高传输速率是 2Mbps，但仍然难以传输 HDTV 高清数字电视。而使用铜线接入的 ADSL 的方式已经无法再满足数据高速传输的需求，采用光纤接入技术已成为必然趋势，是未来通信技术的发展趋势。 光纤通信技术的发展趋势 （一）向超高速系统的发展 从过去 20
16、多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高 4 倍，传输每比特的成本大约下降 30%40%；因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤8通信系统的传输速率在过去 20 多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从 45Mbps 增加到 10Gbps，其速率在 20 年时间里增加了 20O0倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。 （二）向超大容量 WDM 系统的
17、演进 采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的 200nm 可用带宽资源仅仅利用了不到 1%，99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是: 可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍。 在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低了传输成本。 3、与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段。 4、利用 WDM 网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。 结语 综上，从光纤通信问世到现在，光传输的速率以指数增长，光传输的速率在过去的 10 年中大约提高了 100 倍。层出不穷的光通信新技术将9成为市场复苏的源泉，而人类对通信容量的无止境需求将是市场恢复的原动力。随着光通信技术进一步发展，必将对 21 世纪通信行业的进步，乃至整个社会经济的发展产生巨大影响。 参考文献 1毛谦.我国光纤通信技术发展的现状和前景J.电信科学，2006.8. 2李海，宋元胜，吴玉蓉编著.光纤通信原理及应用M北京：中国水利水电出版社，2005 3许言路.浅谈光纤通信技术的发展J.科技创新导报，2012.22.
