光纖通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

原軍

[摘 要]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，通信技術(shù)從有線通信發(fā)展到無線通信，并隨著人們對信息傳輸需求的急劇增長以及對科學(xué)技術(shù)的不斷探索，又逐漸發(fā)展出了光纖通信技術(shù)。光纖通信技術(shù)是通信技術(shù)領(lǐng)域的又一次重大革新，它突破了有線通信線纜架設(shè)的機械性以及無線通信中信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定性、不安全性等技術(shù)缺陷，從而獲得了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹光纖通信技術(shù)的發(fā)展背景、技術(shù)原理、性能特點及發(fā)展前景等。

[關(guān)鍵詞]通信技術(shù) 光纖通信 光纜

中圖分類號：TN929.11 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）13-0330-01

一 、光纖通信的應(yīng)用背景

通信產(chǎn)業(yè)是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展的。追溯光通信的發(fā)展起源，早在三千多年前，我國就利用烽火臺火光傳遞信息，這是一種視覺光通信。隨后，在1880年貝爾發(fā)明了光電話，但是它們所傳輸?shù)男畔⑷萘啃?，距離短，可靠性低，設(shè)備笨重，究其原因是由于采用太陽光等普通光源。之后伴隨著激光的發(fā)現(xiàn)，1966年英籍華人高錕博士發(fā)表了一篇劃時代性的論文，他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維，能作為通信媒質(zhì)。從此，開創(chuàng)了光纖通信領(lǐng)域的研究工作。

二、光纖通信的技術(shù)原理

光纖即光導(dǎo)纖維，光纖通信是指利用光波作為載波，以光纖作為傳輸介質(zhì)將要傳輸?shù)男盘枏囊惶巶髦亮硪惶幍耐ㄐ欧绞?。其中，光纖由纖芯、包層和涂層組成。纖芯是一種玻璃材質(zhì)，以微米為單位，一般幾或幾十微米，比發(fā)絲還細。由多根光纖組成組成的稱之為光纜。中間層稱為包層，根據(jù)纖芯和包層的折射率不同從而實現(xiàn)光信號傳輸過程中在纖芯內(nèi)的全反射，實現(xiàn)信號的傳輸。涂層就是保護層，可以增加光纖的韌性以保護光纖。

光纖通信系統(tǒng)的基本組成部分有光發(fā)信機、光纖線路、光收信機、中繼器及無源器件組成。光發(fā)信機的作用是將要傳輸?shù)男盘栕兂煽梢栽诠饫w上傳輸?shù)墓庑盘?，然后通過光纖線路實現(xiàn)信號的遠距離傳輸，光纖線路在終端把信號耦合到收信端的光檢測器上，通過光收信端把變化后的光信號再轉(zhuǎn)換為電信號，并通過光放大器將這微弱的電信號放大到足夠的電平，最終送達到接收端的電端完成信號的輸送。中繼器在這一過程中的作用是補償光信號在光纖傳輸過程中受到的衰減，并對波形失真的脈沖進行校正。無源器件的作用則是完成光纖之間、光纖與光端機之間的連接及耦合。其原理圖如圖1所示：

通過信號的這一傳輸過程可以看出，信號在傳輸過程中其形式主要實現(xiàn)了兩次轉(zhuǎn)換，第一次即把電信號變成可在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，第二次即把光信號在接收端還原成電信號。此外，在發(fā)信端還需首先把要傳輸?shù)男盘柸缯Z音信號變成可傳輸?shù)碾娦盘枴?/p>

三、光纖通信的特點

1.抗干擾能力強。光纖的主要構(gòu)成材料是石英，石英屬絕緣材料的范疇，絕緣性好，有很強的抗腐蝕性。而且在實際應(yīng)用過程中它受電流的影響非常小，因此抗電磁干擾的能力很強，可以不受外部環(huán)境的影響，也不受人為架設(shè)的電纜等的干擾。這一特性相比于普通無線通信，其在強電領(lǐng)域的通訊應(yīng)用特別有用，如在對穩(wěn)定性、安全性、保密性要求較高的軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.信號傳輸頻帶寬，通信容量大。光纖的傳輸帶寬比銅線或電纜大得多。從理論上講，一根僅有發(fā)絲粗細的光纖可以同時傳輸1000億個話路。雖然目前的技術(shù)還遠未達到如此多的話路傳輸，但已實現(xiàn)了24萬個話路的傳輸，它比傳統(tǒng)的有線傳輸、微波傳輸?shù)鹊男畔⑷萘扛叱鰩资?。且一根光纜包含多條光纖，若再加上波分復(fù)用技術(shù)把一條光纖當做幾條甚至幾十條使用，其信號傳輸容量將更加巨大。

3.物理損耗低，中繼距離長。目前，光纖的主要構(gòu)成材料是石英，石英光纖和其它傳輸介質(zhì)相比的損耗是最低的；如果將來使用非石英極低損耗傳輸介質(zhì)，理論上傳輸?shù)膿p耗還可以降到更低的水平。且這樣可以使得在長距離的光纖傳輸中中繼站的設(shè)置距離拉長，數(shù)量減少，從而降低光纖通信系統(tǒng)的施工成本，帶來更好的經(jīng)濟效益。

4.無串音干擾，保密性好。在電波傳輸?shù)倪^程中，電磁波的傳播容易泄露，保密性差。而光波在光纖中傳播，由于光纖四周環(huán)繞的都是不透明塑料，可吸收所泄露的電磁波信號，因此不會發(fā)生串音干擾的現(xiàn)象，同時外部也難以竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅲ瑯O大的提高了信號傳輸?shù)谋Ｃ苄浴?/p>

除此之外，光纖通信還具有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)，光纖的原材料資源豐富、成本低，溫度穩(wěn)定性好、壽命長等優(yōu)點，因而被廣泛發(fā)展和應(yīng)用。

四、光纖通信的發(fā)展趨勢

4.1 光網(wǎng)絡(luò)智能化。光纖通信技術(shù)作為信息技術(shù)的一大重要領(lǐng)域，在提倡智能化的現(xiàn)代社會，實現(xiàn)光纖通信技術(shù)的智能化是科技工作者一直致力研發(fā)的方向。在通信技術(shù)中接入智能化載體的計算機技術(shù)，促使通信技術(shù)向智能化的方向進步。 實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在完成傳輸功能的同時，賦予其自動發(fā)現(xiàn)功能，連續(xù)控制功能和自我保護和恢復(fù)功能。

4.2全光網(wǎng)絡(luò)。光纖通信技術(shù)的最高發(fā)展階段就是實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)，這是光纖技術(shù)的最理想化實現(xiàn)形式。全光網(wǎng)絡(luò)是光纖通信系統(tǒng)技術(shù)進步和革新的終極發(fā)展目標，未來的通信網(wǎng)絡(luò)將會進入全光的階段。

4.3波分復(fù)用系統(tǒng)。超大容量、超長距離傳輸技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，目前1.6Tbit/s的WDM系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復(fù)用（OTDM）技術(shù)，與WDM通過增加單根光纖中傳輸?shù)男诺罃?shù)業(yè)提高其傳輸容量不同，OTDM技術(shù)是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現(xiàn)的單信道最高速率達640Cbit/s。

4.4光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數(shù)量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相應(yīng)平衡，因而經(jīng)過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現(xiàn)長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。

結(jié)語：作為信息技術(shù)的主要載體之一，通信技術(shù)對人們生活的影響十分重大，光纖通信作為其技術(shù)領(lǐng)域之一，從20世紀70年代發(fā)展之初起，以其特有的便捷性、安全性、信息傳輸量大等優(yōu)點而迅速發(fā)展，成為現(xiàn)在主要的通信手段之一。在未來的發(fā)展過程中，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與人們對通信技術(shù)要求的日趨嚴格，光纖通信技術(shù)必然會在突破現(xiàn)有的技術(shù)局限的同時不斷向智能化等新的領(lǐng)域發(fā)展，涉及的范圍更廣，技術(shù)更新更難，影響力和影響面也更寬，勢必會對整個電信網(wǎng)和信息業(yè)產(chǎn)生更加深遠的影響。它的演變和發(fā)展結(jié)果將會在很大程度上決定電信網(wǎng)和信息業(yè)的未來大格局，也會對未來的國民經(jīng)濟產(chǎn)生巨大影響。

參考文獻

[1] 王磊，裴麗.光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀和未來[J].中國科技信息，2006 （4）.