光纤通信系统

光纤通信系统∙光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。

光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。

光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的重任。

当代社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。

目录∙光纤通信系统的概述∙光纤通信系统的组成∙光纤通信系统的分类∙光纤通信系统的发展光纤通信系统的概述∙1977年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个光纤通信的现场实验，系统采用GaAlAs（镓铝砷）半导体激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.736Mbit/s，传输110km。

使光纤通信向实用化迈出了一步。

光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中，起着举足轻重的作用，本章将概述国内外光纤通信技术的历史，现状和前景。

光纤即光导纤维的简称。

光纤通信是以光为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。

光纤与以往的铜导线相比，具有损耗低，频带宽，无电磁感应等传输特点。

因此，人们希望将光纤作为灵活性强，经济的优质传输介质，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中，这种通信方式在今后非话业务的发展中是不可缺少的。

由于光纤通信具有一系列优异的特点，因此，光纤通信技术近几年来发展速度之快，应用面之广是通信史上罕见的。

可以说，这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志。

又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。

光纤与以往的铜导线相比，有本质的区别，因此，在传输理论，制造技术，连接方法，测试方法等方面，基本上都不能采用铜质电缆的理论与方法。

光纤通信系统的组成（1）光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。

它由光源、驱动器和调制器组成。

其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。

电端机就是常规的电子通信设备。

（2）光收信机：光收信机是实现光/电转换的光端机。

它由光检测器和光放大器组成。

其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

目前实用的光纤通信系统都采用直接检波系统。

直接检波系统就是在发送端直接把信号调制到光波上，而在接收端用光电检波管直接把被调治的光波检波为原信号的系统。

电端机就是一般电信号设备，例如载波机或电视图象发送与接受设备等。

光端机则是把电信号转变为光信号（发送光端机），或把光信号转变为电信号（接收光端机）的设备。

发送光端机的作用是将发送的电信号进行处理，加在半导体激光器上，使电信号调制光波，然后将此已调制光波送入光导纤维。

已调制光波经光导纤维传送至接收光端机的半导体光电管上检波。

检波后得到的电信号经过适当处理再送接受电端机，然后按一般电信号处理。

这就是整个光纤通信的过程。

这个过程和一般无线电通信过程是十分相似的。

当然光线通信的空间传输手段是光导纤维，这与一般无线电通信在空间传输电波的情况是不同的。

直接检波系统的基本优点是构成简单，就当前光波技术水平来讲现实可行。

同时由于光波频率极高，在这样系统上传送上万路电话，几十路电视并不困难，完全可以满足目前通信的需要。

因此直接检波系统是光纤通信当前较多采用的形式。

光纤通信系统的组成光纤通信系统的分类1、按波长分类：短波长光纤通信系统，工作波长在0.8~0.9μm范围，典型值为0.85μm，这种系统的中继间距离较短，目前使用较少。

长波长光纤通信系统，工作波长在1.0~1.6μm范围，通常采用1.3μm~1.5μm两种波长。

这类系统的中继距离较长，尤其是采用1.5μm零色散位移的单模光纤时，140Mbit/s系统的中继距离可达到100Km。

超长波长光纤通信系统，采用非石英光纤，例如卤化物光纤，工作波长大于2μm时，衰减为10-2~10-5dB/Km，可实现1000Km无中继传输。

2、按光纤的模式分类多模光纤通信系统，采用石英多模梯度光纤作为传输线路，因传输频率受限制，一般应用于140Mbit/s以下的系统。

单模光纤通信系统，采用石英单模光纤作为传输线，传输容量大，距离长。

目前建设的光纤通信系统都是这一类型的。

3、按光纤的传输型号分类光纤模拟通信系统，它是用模拟信号直接对光源进行强度调制的系统。

光纤数字系统，它是用PCM数字电信号直接对光源进行强度调制的系统，其通信距离长，传输质量高，是被广泛采用的系统。

4、按传输速率分类低速光纤通信系统，一般传输信号速率为2Mbit/S或8Mbit/S。

高速光纤通信系统，它的传输信号速率为34Mbit/S、140Mbit/S以上的系统。

有时把速率等于140Mbit/S和高于140Mbit/S的系统才称为高速通信系统。

如1.5G/S,2.5G/S 等。

5、按应用范围分类公用光纤通信系统，电信部门应用的光纤通信系统称为公用光纤通信系统，它包括光纤市话中继通信系统，光纤长途通信系统，光纤用户环路通信系统等。

专用光纤通信系统，指电信部门以外的各部门应用的光纤通信系统，例如电力、铁路、交通、石油、广播、银行、军事等应用的部门，统称为专用光纤通信系统。

光纤通信系统的发展光纤通信经过30多年的发展，经历了五个发展阶段，其中有三代光纤通信系统由试验研究已进入了实用阶段。

1、第一代光纤通信系统1978年，第一代光纤通信系统，即0.85um多模光纤通信系统，正式投入商用，光源为半导体激光器（LD）或发光二极管（LED），工作波长λ=0.85μm，该光纤通信系统称为短波通信系统。

比特率为20Mb/s~100Mb/s，最大中继距离为10Km，最大容量约为500（MB/S）Km。

20世纪80年代初，第二代早期多模光纤通信系统（1.3um）多模光纤通信系统问世。

光源为半导体激光器，工作波长λ＝1.3μm，该波段为石英系光纤第二代低损耗窗口，有较低的损耗和色散。

信道均为均匀多模光纤。

由于多模光纤的横向色散，故该早期多模光纤的比特限制在100Mb/S以下。

随着光纤由多模光纤发展到单模光纤，单模光纤比多模光纤的色散系数更低，损耗更小，因此，采用单模光纤则可进一步提高中继距离。

1981年，英国贝尔实验室演示了一个单模光纤通信系统，其传输距离为44Km，传输速率为2Gb/s，并且很快引入到商业系统。

1987年第二代单模光纤通信系统（1.3μm）引入到商业系统，速率为1.7 Gb/s，中继距离为50Km左右。

3、第三代光纤通信系统1990年，第三代光纤通信系统已能商业应用，光源为铟鐌砷磷半导体激光器，单模光纤工作波长为1.55um，称为长波系统。

1979年其损耗达到0.2dB/Km，是石英光纤的第三个低损耗工作窗口，由于在1.55um处，光纤的色散较高，损耗较小，终于在1990年第三代光纤通信系统引入商业系统。

传输速率在2.4~2.5Gb/S，中继距离可达100Km左右。

另外，最近几年，又将1.30um和1.55um合用，即单模光纤具有二个工作波长窗口，因此传输速率可达到10Gb/S,传输距离为100－200Km 左右此代通信系统又称相干光纤通信系统，它是利用激光的相干性，将无线通信中采用的“外差”或“容差”接收和先进的调幅键控制，相移键控制，频移键控制等应用到光纤通信系统中，相干光纤系统已在实验室中得到成功，可用于长途骨干和综合业务的数字网，日本已在1990年实现了2223KM的中继距离。

5、第五代光纤通信系统该代又称光弧子通信系统，它是利用光纤的非线性进行超大容量，超常距离的通信方式。

光弧子（Soli ton），又称光弧粒子，它是一种特殊的波，在经过长距离传输后，仍保持波形不失真，而且，即使两侧光弧子波相互碰撞后，依然保持各自原来的形状不变。

弧子的概念，首先在流体力学中提到，早在1834年，英国一个科学家拉塞耳，发现一艘船在狭窄的苏格兰运河中快速行进，当突然停止时，船头发现了一股水柱滚滚向前，水柱形状不变，当它和其它幅度较低速度的波相遇时，这个波可以不失真地穿过。

于是，它首先引进了弧子这个概念来描述这个现象。

光弧子是一种非常窄，并具有很强地光脉冲。

光弧子的存在是光纤速度色和自位调制平衡的结果，它的产生是由于在单模光纤中，当光的强度增加到一定程度时，将出现非线性效应。

光弧子脉冲很窄，达0.2ps，因此，可实现大容量长距离的通信。

先后由美国、英国、日本等国家试验，到1995年试验可以达到8100Km(20Gb/S)、40Gb/S，可达5000Km。

光弧子通信是一种潜在应用前景的传输方式，能否迅速实现商业化，取决于技术发展和市场的需求及其经济性。

全光交换机、微型光纤等也相继在研究和试验中。

30余年来，光纤通信获得了迅猛地发展，对通信技术产生了深远影响，光纤通信技术已成为信息社会的支柱，已成为信息“高速公路”的骨干网，是用户、接入网及今后世界通信发展的主体。

目前，光纤技术，大量的理论研究正在研究中，未来前景可观，可以讲是通信领域的第二次革命。