淺談光纖的發(fā)展與前景

淺談光纖的發(fā)展與前景

　　【摘要】分析光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷史與特點,并對光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

　　【關(guān)鍵詞】光纖通信技術(shù)的發(fā)展 特點 前景

　　一、光纖通信的歷史

　　光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表論文,預見了低損耗的光纖能夠用于通信,敲開了光纖通信的大門,引起了人們的重視。1970年,美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖,光纖通信時代由此開始。1977年美國在芝加哥相距7000米的兩電話局之間,首次用多模光纖成功地進行了光纖通信試驗。8.5微米波段的多模光波為第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年又實現(xiàn)了兩電話局間使用1.3微米多模光纖的通信系統(tǒng),為第二代光纖通信系統(tǒng)。1984年實現(xiàn)了1.3微米單模光纖的通信系統(tǒng),即第三代光纖通信系統(tǒng)。80年代中后期又實現(xiàn)了1.55微米單模光纖通信系統(tǒng),即第四代光纖通信系統(tǒng)。用光波分復用提高速率,用光波放大增長傳輸距離的系統(tǒng),為第五代光纖通信系統(tǒng)。新系統(tǒng)中,相干光纖通信系統(tǒng),已達現(xiàn)場實驗水平,將得到應用。光孤子通信系統(tǒng)可以獲得極高的速率,20世紀末或21世紀初可能達到實用化。

　　二、光纖技術(shù)發(fā)展的特點

　　(1) 頻帶極寬,通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。對于單波長光纖通信系統(tǒng),由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢。通常采用各種復雜技術(shù)來增加傳輸?shù)娜萘?特別是現(xiàn)在的密集波分復用技術(shù)極大地增加了光纖的傳輸容量。目前,單波長光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps。

　　(2) 損耗低,中繼距離長。目前,商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km,這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低;若將來采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖,其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無中繼距離;對于一個長途傳輸線路,由于中繼站數(shù)目的減少,系統(tǒng)成本和復雜性可大大降低。

　　(3) 抗電磁干擾能力強。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料,不易被腐蝕,而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力,它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,還可用它與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導體復合構(gòu)成復合光纜。這一點對于強電領(lǐng)域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統(tǒng)特別有利。由于能免除電磁脈沖效應,光纖傳輸系還特別適合于軍事應用。

　　(4)無串音干擾,保密性好。在電波傳輸?shù)倪^程中,電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串擾,而容易被偷聽,保密性差。光波在光纖中傳輸,因為光信號被完善地限制在光波導結(jié)構(gòu)中,而任何泄漏的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收,即使在轉(zhuǎn)彎處,漏出的光波也十分微弱,即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多,相鄰信道也不會出現(xiàn)串音干擾,同時在光纜外面,也無法偷聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

　　除以上特點之外,還有光纖徑細、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。由于光纖通信具有以上的獨特優(yōu)點,其不僅可以應用在通信的主干線路中,還可以應用在電力通信控制系統(tǒng)中,進行工業(yè)監(jiān)測、控制,而且在軍事領(lǐng)域的用途也越來越為廣泛。

　　三、光纖技術(shù)的發(fā)展前景

　　對光纖通信而言,超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標,而全光網(wǎng)絡也是人們不懈追求的夢想。

　　(1)向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。目前10Gbps系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng)絡,主要在北美,在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是,10Gbps系統(tǒng)對于光纜極化模色散比較敏感,而已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求,需要實際測試,驗證合格后才能安裝開通。它的比較現(xiàn)實的出路是轉(zhuǎn)向光的復用方式。光復用方式有很多種,但目前只有波分復用(WDM)方式進入了大規(guī)模商用階段,而其它方式尚處于試驗研究階段。

　　(2)向超大容量WDM系統(tǒng)的演進。采用電的時分復用系統(tǒng)的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1%,99%的資源尚待發(fā)掘。如果將多個發(fā)送波長適當錯開的光源信號同時在一極光纖上傳送,則可大大增加光纖的信息傳輸容量,這就是波分復用(WDM)的基本思路。采用波分復用系統(tǒng)的主要好處是:1.可以充分利用光纖的巨大帶寬資源,使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍;2.在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器,從而大大降低了傳輸成本:3.與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān),是引入寬帶新業(yè)務的方便手段;4.利用WDM網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。

　　(3)開發(fā)新代的光纖

　　傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢,開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前,為了適應干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要,已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖,即非零色散光(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。從長遠來看,BPON技術(shù)無可爭議地將是未來寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向,但從當前技術(shù)發(fā)展、成本及應用需求的實際狀況看,它距離實現(xiàn)廣泛應用于電信接入網(wǎng)絡這一最終目標還會有一個較長的發(fā)展過程。

　　(4)全光網(wǎng)絡。未來的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)。全光網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段,也是理想階段。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡實現(xiàn)了節(jié)點間的全光化,但在網(wǎng)絡結(jié)點處仍采用電器件,限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康倪M一步提高,因此真正的全光網(wǎng)已成為一個非常重要的課題。

　　目前,全光網(wǎng)絡的發(fā)展仍處于初期階段,但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。從發(fā)展趨勢上看,形成一個真正的、以 WDM技術(shù)與光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡層,建立純粹的全光網(wǎng)絡,消除電光瓶頸已成為未來光通信發(fā)展的必然趨勢,更是未來信息網(wǎng)絡的核心,也是通信技術(shù)發(fā)展的最高級別,更是理想級別。

　　四、結(jié)語

　　光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺,在未來信息社會中將起到重要作用。從現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢來看,光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流。人們期望的真正的全光網(wǎng)絡的時代也會在不遠的將來到來。

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