光纤通信的未来.doc

10043111 胡林森哈 尔 滨 学 院 答 题 纸课程 光纤通讯 20132014 学年第 1 学期课程代码 40425012 专业班级 电子信息工程10-1班姓名： 胡林森 学号： 10043111 成绩 评阅人 检查项目权重得 分(1)选题意义：文献分析是否透彻，选题是否为研究领域的前沿或热点话题。20(2)学术价值和应用价值：论文结构是否合理，概念是否准确，论证是否合乎逻辑；分析问题是否有一定的深度，解决问题是否有一定的创新。40(3)论文摘要：摘要能否简要地阐明研究目的、方法、范围、结果及结论。20(4) 论文格式：论文格式符合要求。10(5)文献引用：文献格式是否规范，引用是否够全面。10合计100第 4 页 共 8 页 光纤通信的未来胡林森哈尔滨学院 哈尔滨 黑龙江摘要：分析光纤通信技术的发展历史与特点,并对光纤通信技术的发展趋势进行了展望。光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。介绍了塑料光纤并对塑料光纤的现状和发展展望。关键字：光纤通信技术 塑料光纤 光纤链路.1 引言 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。随着光纤技术的不断发展，它实现了1.55微米单模光纤通信系统,即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率,用光波放大增长传输距离的系统,为第五代光纤通信系统。新系统中,相干光纤通信系统,已达现场实验水平,将得到应用。光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。2 光纤通信的历史 光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。1966年,美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文,预见了低损耗的光纤能够用于通信,敲开了光纤通信的大门,引起了人们的重视。1970年,美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤,光纤通信时代由此开始。1977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间,首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。8.5微米波段的多模光波为第一代光纤通信系统。1981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统,为第二代光纤通信系统。1984年实现了1.3微米单模光纤的通信系统,即第三代光纤通信系统。80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤通信系统,即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率,用光波放大增长传输距离的系统,为第五代光纤通信系统。新系统中,相干光纤通信系统,已达现场实验水平,将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率,20世纪末或21世纪初可能达到实用化。3 光纤通信技术发展趋势3.1 向超高速系统的发展近几年来，随着技术的进步，电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面。从过去20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3040：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2000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。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。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。3.2向超大容量WDM系统的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：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；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。转贴于中国论文下载中(三)实现光联网。上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：实现超大容量光网络；实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。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、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,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)的通信系统特别有光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。3.3实现光联网 过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率：开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处：建设透明光网络，迎接多媒体时代。 波分复用技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率(或波长)不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)，将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。光纤接入技术。光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。FTTH(光纤到户)是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。目前，国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。4 光纤材料和特点光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。由于玻璃材料是制作光纤的主要材料，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路；光波在光纤中传输，不会发生信息传播中的信息泄露现象；光纤很细，占用的体积小，这就解决了实施的空间问题。频带极宽，通信容量大。光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量，密集波分复用技术就能解决这个问题。损耗低，中继距离长。目前，商品石英光纤和其它传输介质相比的损耗是最低的；如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本，带来更好的经济效益。抗电磁干扰能力强。石英有很强的抗腐蚀性，而且绝缘性好。而且它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强，它不受外部环境的影响，也不受人为架设的电缆等干扰。这一点对于在强电领域的通讯应用特别有用，而且在军事上也大有用处。无串音干扰，保密性好。在电波传输的过程中，电磁波的传播容易泄露，保密性差。而光波在光纤中传播，不会发生串扰的现象，保密性强。除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定。光纤链路现场测试光纤通信应用的是光传输，它不会受到磁场等外界因素的干扰，所以对它的测试不同于对普通的铜线电缆的测试。在光纤的测试中，虽然光纤的种类很多，但它们的测试参数都是基本一致的。在光纤链路现场测试中，主要是对光纤的光学特性和传输特性进行测试。光纤的光学特性和传输特性对光纤通信系统对光纤的传输质量有重大的影响。但由于光纤的特性不受安装的影响，因此在安装时不需测试，而是由生产商在生产时进行测试。5 新一代塑料光纤5.1 塑料光纤的原理 塑料光纤的工作原理为：当光线以一定角度从光密介质射向光疏介质时，就会发生光线在界面上的全反射，光线重新折回光密介质中，光纤就是利用全反射的原理将光从一端传至另一端第 6 页 共 8 页 的。构成塑料光纤的材料有两种，高折射率和低折射率的两种透明聚合物，而且低折射率的材料必须完整地包住高折射率的材料，即皮材必须包覆住芯材。塑料光纤的芯材和皮材必须满足以下几个条件：（1）两者都是透明的无定型聚合物，具有耐高温性和强韧性；（2）两者的折射率之差应满足5.0nn皮芯的条件，以确保有一定的受光角；（3）两者具有良好的匹配性，界面粘接性良好。5.2 塑料光纤的性能单信道传输试验的最新记录是在PFGI-POF上实现了25Gbit/、550的数据传输试验。在这个试验中所用的光源是工作波长为1310nm的商用通信激光器，即分布反馈（DFB）激光器。在接收机端，采用InGaAsAPD作为接收机。在接收机与PFGI-POF之间，采用非常敏感的大有源面积（直径为80）的InGaAsAPD与PFGI-POF互联，这样有利于减小连接损耗。在发射机端，从DFB激光器发出的光采用对接耦合方法，通过单模光纤尾纤注入大芯径PFGI-POF。这种耦合方法的耦合损耗小于01dB。 这个试验用的DFB激光器的平均输出功率是0.1dB。在误码率为109下，25Gbit/时的接收机灵敏度是284dB。在工作波长为1310nm处，550长PFGI-POF的衰减系数是163dB。由于PFGI-POF的多模色散作用，接收机灵敏度会降低4.4dB。对于工作波长为1310nm的DFB激光器，光源的调制光谱宽度小于0.1nm。5.3 塑料光纤的发展前景 塑料光纤用于短距离通信的局域网和接入网的前景不可估量,从塑料光纤技术的发展历程看,还有许多问题需待进一步研究解决。主要有以下几个方面： 进一步降低传输损耗。塑料光纤的传输损耗由初期聚甲苯丙烯酸甲酯(PMMA)芯光纤的1000dB/km以上到现在氟化物芯光纤的15dB/km左右,降低了近100倍。塑料光纤的传输性能以及耐热性、耐湿性、耐酸碱性等物理化学稳定性方面都获得了大幅度的提高。随着研究的不断深入,其损耗还将进一步减小,如采用吸附分离等先进的单体精制技术,引入高折射率,掺入量的折射率修正剂,以及开发新型全氟化聚合物等。进一步增大传输带宽。塑料光纤的带宽由最初的渐变折射率塑料光纤(SI2POF)的几个MHz增加到现在的梯度折射率塑料光纤的数个GHz,提高了近3个数量级。由于氟化物塑料光纤的料色散很小,因此通过优化光纤芯区折射率的分布形式,创造新型的光纤结构,进一步降低模间色散,采用空分复用和波分复用等技,塑料光纤的传输带宽可望达到10GHzkm以上。6 结束语 光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用21世纪以来,光通信技术取得了长足的进步,在上文中我们主要讨论了光通信技术及其应用的现状和发展趋势,但这些进步的取得,是包括光传输媒质、光电器件、光通信系统,以及网络应用等多方面技术共同进步的结果。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王田虎.塑料光纤的现况与实用化动向J.有线电视技术,2005,(12).2毛海涛.塑料光纤及其应用J.现代物理知识,2004,(05).3张洁,郝晓东.塑料光纤研究概况J.化学推进剂与高分子材料,2005,(02).4赵宏,李勇,熊登科,董会奇.POF(塑料光纤)原理及应用J.西部广播电视,2006,(07).5李庆春,信春玲.塑料光纤成型技术及应用前景展望J.上海塑 料,2005.(01).6张洁,郝晓东.塑料光纤的研究概况J.上海化工,2005,(04).7刘天山.塑料光纤(POF)的发展及其应用J.应用光学,2004,(03).8廖小平.塑料光纤的优点及应用J.中国西部科技,2005,(22).9 张明德,孙小菡.光纤通信原理与系统M.南京:东南大学出版社,2004.10 李业.浅论我国光纤通信的现状及发展出路J.信息技术,2008(9)11 李玲，黄永清.光纤通信基础.国防工业出版社.2003，9：16.12 毛谦，张继军.光纤技术的现状与反展趋势.中国电信建设.2009Present and future of optical fiber communicationHu linsenHarbin university Harbin HeilongjiangAbstract: analysis of the development history and characteristics of optical fiber communication technology, and the development trend of optical fiber communication technologies are prospected. Optical fibe