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论光纤通信的基本原理、系统构成与技术发展●摘要

当今社会，人们对信息量的需求日益增大导致信息量的更快速的增大，而与此同时，人们的时间变得越来越宝贵，高效、高速成了人们对信息传递的主要要求。于是，光纤通讯技术应运而生，它以其传输量大，保密性高，速度快等优势被广发利用。本文主要通过阐述光纤通讯的基本原理和系统构成并由此探讨光纤的过去发展以及未来的前景。

关键词：光纤通讯系统技术前景

●光纤通讯的基本原理

自古人们就有祭拜日月的习俗，他们认为日月所散发的光是非常神圣的，是可以带给自己平安的；人们说前景好也会说前途一片光明；就连古代打仗，也要通过狼烟来传递战报……由此可见，光一直以来都是人们依赖的一种资源。

光纤通讯也是利用了光。

为了了解光纤通讯的基本原理，我们不妨先来看看调频收音机的工作原理。发射信号源先将信息编码成波的形式，一般这样的波为低频波（如图1）。

图1

（注：网上未能找到图片，自己画的，有点欠缺，还望见谅）

黑色波为信息波，而红色为载波，一般是高频波，在调频收音机中，发射源将信息装载在高频波上，而收音机接收到这波后，会进行解调，从而得到原有

的信息，达到传递信息的目的。

而光纤通讯也是用的这样的原理。光也是电磁波，而且比一般用于无线电传输的短波具有更高的频率，光的频率次级在1014HZ，所以光纤通讯能够承载更大的信息量，而且抗干扰性将会更强。

我们知道无线电等短波传送的介质一般是空气，而光纤的传播介质有一点点不同，它是通过过光纤线缆来传导的。

图2

如图2所示，光纤缆线包含一个核心，纤壳以及外层的保护被覆。核心与折射率较高的纤壳通常用高品质的硅石玻璃制成。如图所示，当一束光从核心射入光纤之后，在核心和纤壳的交界面上发生折射。因为纤壳的折射率比核心的折射率要大，如果入射角足够大的话，那就会产生全反射的现象，及光线不再透过纤壳射出，而纤壳如同镜面一样将光线反射回来。由几何关系得，在下一次的分界面上必然再次发生全反射。如此循环，光线就通过光纤传递出去，而另一端有个光信号收信机。由此达到传输信息的目的。

系统构成

图3

如图3，光纤系统由以下6个部分组成。

（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、

电端机（A/D ） 光发信机 电端机(D/A)

光纤 中继器 光纤 光收信机

模拟信号

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。

（6）电端机，电端机主要是将信号在数字与模拟之间进行转换。其实就是起到了相当于调频收音机的调制和解调的作用。

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。

光纤通讯的技术发展

首先，我们来简要看下光纤通讯的过去的发展。

总体来说，光纤通信的发展大致分为4个阶段。

第一阶段（1966——1976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。

第二阶段（1976——1986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）发展到长波长（1310nm和1550nm），实现了工作波长为1310nm，传输速率为140—565Mb/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（1986——1996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100—150km，实验室可以达到更高水平。

第四阶段（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。

由此，光纤通讯发展不到50年，却拥有惊人的发展速度，所以它必然有

很好的前景。

光纤通讯的发展趋势大致有以下几个大的方向。

1.向超高速系统发展。

光纤通信系统的传输速率在过去20多年来就一直在持续增加。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。所以，从商业角度讲，高速方向能更加满足广大客户需求。

2.向超大容量WDM系统的演进

我们可以知道，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：（1）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；

（2）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。鉴于上述应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。

目前全球实际敷设的WDM系统已超过3000个，所以，这个方向的前景也是不容小觑的

3.向光联网方向发展

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：（1）实现超大容量光网络；（2）实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；（3）实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；（4）实现网络的透明性，允许互