光纤通信技术的发展与应用

1 / 5 光纤通信技术的发展与应用 光纤通信技术的发展与应用 一 、光纤通信的应用背景 通信产业是伴随着人类社会的发展而发展的。追溯光通信的发展起源，早在三千多年前，我国就利用烽火台火光传递信息，这是一种视觉光通信。随后，在 1880 年贝尔发明了光电话，但是它们所传输的信息容量小，距离短，可靠性低，设备笨重，究其原因是由于采用太阳光等普通光源。之后伴随着激光的发现， 1966 年英 籍籍华人高锟博士发表了 一一篇划时代性的论文， 他他提出利用带有包层材 料料的石英玻璃光学纤维 ，能作为通信媒质。从 此此，开创了光纤通信领 域域的研究工作。 二 、光纤通信的技术原理 光纤即光导纤维， 光光纤通信是指利用光波 作作为载波，以光纤作为 传传输介质将要传输的信 号号从一处传至另一处的 通通信方式。其中，光纤 由由纤芯、包层和涂层组 成成。纤芯是一种玻璃材 质质，以微米为单位，一 般般几或几十微米，比发 丝丝还细。由多根光纤组 成成组成的称之为光缆。 中中间层称为包层，根据 纤纤芯和包层的折射率不 同同从而实现光信号传输 过过程中在纤芯内的全反 射射，实现信号的传输。 涂涂层就是保护层，可以 增增加光纤的韧性以保护 光光纤。 光纤通信系 统统的基本组成部分有光 发发信机、光纤线 路、2 / 5 光 收收信机、中继器及无源 器器件组成。光发信机的 作作用是将要传输的信号 变变成可以在光纤上传输 的的光信号，然后通过光 纤纤线路实现信号的远距 离离传输，光纤线路在终 端端把信号耦合到收信端 的的光检测器上，通过光 收收信端把变化后的光信 号号再转换为电信号，并 通通过光放大器将这微弱 的的电信号放大到足够的 电电平，最终送达到接收 端端的电端完成信号的输 送送。中继器在这一过程 中中的作用是补偿光信号 在在光纤传输过程中受到 的的衰减，并对波形失真 的的脉冲进行校正。无源 器器件的作用则是完成光 纤纤之间、光纤与光端机 之之间的连接及耦合。其 原原理图如图 1 所示： 通过信号的这一传输 过过程可以看出，信号在 传传输过程中其形式主要 实实现了两次转换，第一 次次即把电信号变成可在 光光纤中传输的光信号， 第第二次即把光信号在接 收收端还原成电信号。此 外外，在发信端还需首先 把把要传输的信号如语音 信信号变成可传输的电信 号号。 三、光纤通信 的的特点 1.抗干扰 能能力强。光纤的主要构 成成材料是石英，石英属 绝绝缘材料的范畴，绝缘 性性好，有很强的抗腐蚀 性性。而且在实际应用过 程程中它受电流的影响非 常常小，因此抗电磁干扰 的的能力很强，可以不受 外外部环境的影响，也不 受受人 为架设的电缆等的 干干扰。这一特性相比于 普普通无线通信，其在强 电电领域的3 / 5 通讯应用特别 有有用，如在对稳定性、 安安全性、保密性要求较 高高的军事领域的应用。 2.信号传输频带 宽宽，通信容量大。光纤 的的传输带宽比铜线或电 缆缆大得多。从理论上讲 ，一根仅有发丝粗细的 光光纤可以同时传输 10000亿个话路。虽然目 前前的技术还远未达到如 此此多的话路传输，但已 实实现了 24 万个话路的 传传输，它比传统的有线 传传输、微波传输等的信 息息容量高出几十倍。且 一一根光缆包含多条光纤 ，若再加上波分复用技 术术把一条光纤当做几条 甚甚至几十条 使用，其信 号号传输容量将更加巨大 。 3.物理损耗低 ，中继距离长。目前， 光光纤的主要构成材料是 石石英，石英光纤和其它 传传输介质相比的损耗是 最最低的；如果将来使用 非非石英极低损耗传输介 质质，理论上传输的损耗 还还可以降到更低的水平 。且这样可以使得在长 距距离的光纤传输中中继 站站的设置距离拉长，数 量量减少，从而降低光纤 通通信系统的施工成本， 带带来更好的经济效益。 4.无串音干扰， 保保密性好。在电波传输 的的过程中，电磁波的传 播播容易泄露，保密性差 。而光波在光纤中传播 ，由于光纤四周环绕的 都都是不透明塑料，可吸 收收所泄露的电磁波信号 ，因此不会发生串音干 扰扰的现象，同时外部也 难难以窃听到光纤中传输 的的信息，极大的提高了 信信号传输的保密性。 除此之外，光纤通信还 具具有光纤径细、重量轻 、柔软、易于铺设，光 纤纤的原材料资源丰富、 成成本低，温度稳定性好 、4 / 5 寿命长等优点，因而 被被广泛发展和应用。 四、光纤通信的发展趋 势势 光网络智能化。 光光纤通信技术作为信息 技技术的一大重要领域， 在在提倡智能化的现代社 会会，实现光纤通信技术 的的智能化是科技工作者 一一直致力研发的方向。 在在通信技术中接入智能 化化载体 的计算机技术， 促促使通信技术向智能化 的的方向进步。 实现光 网网络系统在完成传输功 能能的同时，赋予其自动 发发现功能，连续控制功 能能和自我保护和恢复功 能能。 全光网络。光 纤纤通信技术的最高发展 阶阶段就是实现全光网络 ，这是光纤技术的最理 想想化实现形式。全光网 络络是光纤通信系统技术 进进步和革新的终极发展 目目标，未来的通信网络 将将会进入全光的阶段。 波分复用系统。超 大大容量、超长距离传输 技技术波分复用技术极大 地地提高了光纤传输系统 的的传输容量，在未来跨 海海光传输系统中有广阔 的的应用前景。近年来， 波波分复用系统 发展迅猛 ，目前 /s 的 WDM 系 统统已经大量应用，同时 全全光传输距离也在大幅 扩扩展。提高传输容量的 另另一种途径是采用光时 分分复用技术，与 WDM 通通过增加单根光纤中传 输输的信道数业提高其传 输输容量不同， OTDM 技技术是通过提高单信道 速速率来提高传输容量， 其其实现的单信道最高速 率率达 640Cbit/s 。 光孤子通信。 光光孤子是一种特殊的 ps 数量级的超短光脉冲 ，由于它在光纤的反常 色色散区，群速度色散和 非非线性效5 / 5 应相应平衡， 因因而经过光纤长距离传 输输后，波形和速度都保 持持不变。光孤子通信就 是是利用光孤子作为载 体 实实现长距离无畸变的通 信信，在零误码的情况下 信信息传递可达万里之遥 。 结语：作为信息 技技术的主要载体之一， 通通信技术对人们生活的 影影响十分重大，光纤通 信信作为其技术领域之一 ，从 20世纪 70 年代 发发展之初起，以其特有 的的便捷性、安全性、信 息息传输量大等优点而迅 速速发展，成为现在主要 的的通信手段之一。在未 来来的发展过程中，伴随 着着科学技术的不断发展 与与人们对通信技术要求 的的日趋严格，光纤通信 技技术必然会在突破现有 的的技术局限的同时不断 向向智能化等新的领本