光纤通信的现状分析

光纤通信的现状分析

叶荣欣

摘要：阐述了光纤通信在国内外的发展历程，并分析了其工作原理和优势所在，为我国光纤通信技术的应用提出了相应发展方向和对策。

In this paper,Expounds the development of optical fiber communication at home and abroad, and analyses its working principle and advantage, for the application of optical fiber communication technology in China put forward the corresponding development direction and countermeasures.

关键词：光纤；光纤通信技术；应用；FTTH

Key words: optical fiber; Optical fiber communication technology; Application; FTTH

一．光纤通信的兴起，发展与历史

1880年，贝尔发明了“光话”。他以日光为光源，大气为传输媒质，传输距离是200m。这标志着现代光通信的开始。他建立了自己的理论，但由于没有可靠、高强度的光源和没有稳定、低损耗的传输媒质，贝尔的“光话”始终没有走上实用化阶段。由于以上所说的两个障碍，光通信的研究一度沉寂。

1960年，第一台相干振荡光源——红宝石激光器问世，激起了世界性的光通信研究热潮。1962年半导体激光器的出现给实用化通信光源带来了希望。1970年，首次研究出在室温下连续工作的双异质结半导体激光器，为使用化的通信光源奠定了基础。

在研究光通信光源的同时，人们进行了各种光波导的研究，其中包括了光导纤维。虽然光导纤维以内部全反射限制光波的传输原理早为人知，并且已经应用在医学上。但在当时作为光导纤维材料的石英玻璃损耗很大。这个问题在早期一直没有得到解决，所以没有办法应用在作为光通信传输媒质。1966年，英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士发表了一篇重要的文章，提出了可以利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信的传输媒质。他还预言，通过降低材料的杂质含量和改进制造工艺，可使光纤的衰减下降到20dB/km，甚至更小。1970年，美国Corning玻璃有限公司果然制成了衰减为20dB/km的低损耗石英光纤。它的制成使人们确认光导纤维完全能胜任作为光通信的传输媒质，从而确立了光通信发展的明确目标，揭开了光纤通信发展的新篇章。

光纤通信经过了20年的发展，已经有四代光纤通信进入了使用。在光纤通信发展历史上另一重要里程碑是掺铒光纤放大器的出现，1986年，英国南安敦大学制作出了最初的掺铒光纤放大器。从此，我们迎来了掺铒光纤放大器的黄金时代。

1970年被称为光纤通信元年。在这一年发生了通信史上的两件大事：一是由被称为世界光纤之父的华裔科学家高锟提出的，用作光通信传输媒质的光导纤维，其损耗降到20dB/km；二是美国贝尔实验室制作出可在室温下连续工作的铝镓砷半导体激光器、这两项科学成就为光纤通信的发展奠定了基础。此后，光纤通信以令人眩目的速度发展了起来。

二．光纤通信的结构组成

（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。

备用系统与辅助设备

了确保系统的畅通，通常设置都有备用系统，就好比对磁盘的备份。正常情况下只有主系统工作，一旦主要系统出现故障，就可以立即切换到备用系统，这样就可以保障通信的畅通和正确无误。

辅助设备是对系统的完善，它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。

其中，监控管理系统可对组成光纤传输系统的各种设备自动进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。对于设有多个中继站的长途通信线路及装有通达多方向、多系统的线路维护中心局来说，集中监控是必须采用的维护手段。

近代光通信的真正发展则只是近三四十年的事，其中起主导作用的是激光器和光纤的诞生。首先是1960年Maiman发明了红宝石激光器，激光器产生的强相干光为现代光通信提供了可靠的光源。这种单波长的激光具有普通无线电波一样的特性，可对其调制而携带信息。利用激光的早期光通信也是通过大气传输的。但很快发现，许多因素如雾、雨、云，甚至一队偶然飞过的鸟，都会干扰光波的传播，因而只能作短距离通信用c显然，需要一种像射频或微波通信的电缆

或波导那样的光波通信传输线，以克服这些影响，实现信息的长距离稳定传输。

三．现代光纤通信技术的不足与待发展

光纤通信的优点:(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm 附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。 (2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。 (4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。 (6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。 (7)光缆适应性强,寿命长。

光纤通信的缺点:(1)质地脆，机械强度差。 (2)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。 (3)分路、耦合不灵活。 (4)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm） (5)有供电困难问题。卫星通信的特点是:优点:(1)通信范围大; (2)只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内,从任何两点之间都可进行通信; (3)不易受陆地灾害的影响(可靠性高); (4)只要设置地球站电路即可开通(开通电路迅速); (5)同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信(多址特点); (6)电路设置非常灵活,可随时分散过于集中的话务量; (7)同一信道可用于不同方向或不同区间(多址联接)。缺点:(1)通信资费标准高于常用的电缆通信、微波通信，是其资费标准的十倍乃至几十倍; (2)在大型建筑内或山体等物体遮盖住设备本身时通信信号无或闪烁不定; (3)在通话过程中有延时现象，导致接续不畅。四．总结

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。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看,光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远。

参考文献