什么是光纤通信技术

什么是光纤通信技术？

光纤通信技术是通过光学纤维传输信息的通信技术。在发信端，信息被转换和处理成便于传输的电信号，电信号控制—光源，使发出的光信号具有所要传输的信号的特点，从而实现信号的电一光转换、发信端发出的光信号通过光纤传输出到远方的收信端，经光电二极管等转换成电信号，从而实现信号的光一电转换。电信号再经过处理和转换而恢复为原发信端相同的信息。光波也是电磁波，但它的频率比电信中利用的电磁波高出几个数量级：频率极高难度挑通信系统有极大的通信容量，所用光纤和由多根光纤组成的光纤光缆体积小，重量轻，易于运输和施工。光纤的衰耗很低，故无中断，通信距离很长。此外，光纤是绝缘体，不会受高压线和雷电的电磁感应，抗核辐射的能力也强，因而在某些特殊场合，电通信受干扰不能工作而光纤通信却能照常工作。光纤几乎可做得不漏光，因此保密性好，光缆中的光纤也互不干扰。当通信容量较大，距离较远时，光纤通信系统的每话路公里的造价较电缆通信的为低。光纤通信因有这些优点而得到迅速发展。 1880年，A·G贝尔发明了利用太阳光作为光源的通话装置，光波在大气中传输，通话距离达213米。后来改用孤光灯作为光源，延长通信距离。但光源在大气中传输受到雨、雾、烟和尘土的阻抗或减弱，通信很不稳定，应用上受到很大的限制。1966年，高锟等人提示了实现低衰耗光导纤维的可能性。1970年，美国研制出衰耗为20分贝/公

里的石英光纤和体积很小的半导体激光器。此后，光纤及激光器等部件的质量逐年迅速提高，因而以半导体激光器作为光源，以石英光纤作为光的传输媒介，以半导体光电二极管作为接收器件的光源通信系统迅速发展起来。80年代，以短波长光源和多模光纤为标志的第一代光通

信技术已很成熟，无中断通信距离约为10公里，通信路次约为1000路，已用作市话局之间的中继线，也用于城市间的通信系统，但中继站较多，站距较短。以长波长光源和单模光纤为标志的第二代光纤通信技术也已成熟，无中继通信距离约为30公里，通信容量约为5000路，适用于长途干线通信。全光化和光集成化的光纤通信技术正在研究之中。全光化指的是在中继器中光信号直接被放大，省去了光—电转换和电—光转换过程。全光化的光集成化功能大大减少中断器和光端机的体积，降低功耗和成本，提高可靠性。

光纤通信技术进展综述

一引言

随着Internet的迅速普及以及宽带综合业务数字网(B-ISDN)的快速发展，人们对信息的需求呈现出爆炸性的增长，几乎是每半年翻一番。在这样的背景下，信息高速公路建设已成为世界性热潮。而作为信息高速公路的核心和支柱的光纤通信技术更是成为重中之重。很多国

家和地区不遗余力地斥巨资发展光纤通信技术及其产业，光纤通信事业得到了空前发展。此外，由于信息的生产、传播、交换以及应用对国民经济和国家安全有决定性的影响，所以，与其它行业相比，光纤通信更具有特殊意义。光纤通信事业是一个巨大的系统工程。它的各个组成部分互为依存、互相推动，共同向前发展。就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。

二光纤光缆技术的进展

光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm 的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。

特种光纤具体有以下几种:

1. 有源光纤这类光纤主要是指掺有稀土离子的光纤。如掺铒(Er3+)、掺钕(Nb3+)、掺镨(Pr3+)、掺镱(Yb3+)、掺铥(Tm3+)等，以此构成激光活性物质。这是制造光纤光放大器的核心物质。不同掺杂的光纤放大器应用于不同的工作波段，如掺饵光纤放大器(EDFA)应用于1550nm附近(C、L波段); 掺镨光纤放大器(PDFA)主要应用于1310nm波段; 掺铥光纤放大器(TDFA)主要应用于S波段等。这些掺杂光纤放大器与喇曼(Raman)光纤放大器一起给光纤通信技术带来了革命性的变化。它的显著作用是: 直接放大光信号，延长传输距离; 在光纤通信网和有线电视网(CA TV 网)中作分配损耗补偿; 此外，在波分复用(WDM)系统中及光孤子通信系统中是不可缺少的关键元器件。正因为有了光纤放大器，才能实现无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤放大器，不仅能使WDM传输的距离大幅度延长，而且也使得传输的性能最佳化。

2. 色散补偿光纤(Dispersion Compesation Fiber，DCF) 常规G.652光纤在1550nm波长附近的色散为17ps/nm?km。当速率超过 2.5Gb/s时，随着传输距离的增加，会导致误码。若在CATV系统中使用，会使信号失真。其主要原因是正色散值的积累引起色散加剧，从而使传输特性变坏。为了克服这一问题，必须采用色散值为负的光纤，即将反色散光纤串接入系统中以抵消正色散值，从而控制整个系统的色散大小。这里的反色散光纤就是所谓的色散补偿光纤。在1550nm处，反色散光纤的色散值通常在-50~200ps/nm?km。为了得到如此高的负色散值，必须将其芯径做得很小，相对折射率差做得很大，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散补偿光纤是利用基模波导色散来获得高的负色散值，通常将其色散与衰减之比称作质量因数，质量因数当然越大越好。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，最近又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的"双补偿"光纤(DDCF)。该光纤的特点是色散斜率之比(RDE)与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。

3. 光纤光栅(Fiber Grating) 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在紫外光的照射(通常称为紫外光"写入")下，于光纤芯部产生周期性的折射率变化(即光栅)而制成的。使用的是掺锗光纤，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照射(在载氢气氛中)，使纤芯的折射率产生周期性的变化，然后经退火处理后可长期保存。其制作原理如图2所示。图2中的相位掩膜板实际上为一块特殊设计的光栅，其正负一级衍射光相交形成干涉条纹，这样就在纤芯逐渐产生成光栅。光栅周期A是模板周期的二分之一。众所周知，光栅本身是一种选频器件，利用光纤光栅可以制作成许多重要的光无源器件及光有源器件。例如: 色散补偿器、增益均衡器、