通信" target="_blank">光纖通信技術(optical fiber communications)從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信作為一門新興技術，其近年來發(fā)展速度之快、應用面之廣是通信史上罕見的，也是世界新技術革命的重要標志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學特性進行分類外，在應用中，光纖常按用途進行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱之為“有線”光通信。當今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號衰減小，而遠優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。
一、什么是光通信?
光通信是利用光信號進行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它是一種高速、大容量、低損耗、抗干擾能力強的通信方式，已成為現(xiàn)代通信領域的重要技術之一。在光通信中，光源將信息轉換為光信號，通過光纖進行傳輸，接收端再將光信號轉換為電信號進行解碼。光通信廣泛應用于電信、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療、廣電等領域。隨著技術的不斷進步，光通信的傳輸速率和容量不斷提高，為人們的生活和工作帶來更多的方便。
光通信的優(yōu)點：
(1)通信容量巨大
理論上，一根光纖可以同時傳輸100億個話路，目前同時傳輸50萬個話路的試驗已經(jīng)成功，比傳統(tǒng)同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍。
(2)中繼距離長
光纖具有極低的衰耗系數(shù)，配以適當?shù)墓獍l(fā)送、光接收設備、光放大器、前向糾錯等技術，可使其中繼距離達數(shù)千公里以上，而傳統(tǒng)電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無法與之相比。
(3)適應力強
具有不怕外界強電磁場干擾、耐腐蝕等優(yōu)點。
(4)保密性能好
(5)體積小、重量輕
光通信缺點：
(1)光纖結構較為脆弱，機械強度差，需要保護
(2)光纖的切斷和連接操作技術要求高
(3)分路、耦合操作較為繁瑣
二、光通信的發(fā)展歷史
20世紀60年代，光通信開始發(fā)展，并且在未來幾十年中得到了迅速發(fā)展。以下是光通信的關鍵歷史節(jié)點：
1960年代，光通信的發(fā)展始于1960年代，最初是通過空氣中的激光束進行點對點的通信。
1970年代初期，光通信開始用于長距離的電話通信，但光纖材料的制造和光源技術的進步仍然是主要難點。
1980年代，光通信進入了高速發(fā)展期。隨著光纖材料的制造和光源技術的不斷改進，光通信的傳輸速率和傳輸距離都得到了顯著提高。
1990年代，光通信技術得到了廣泛應用，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起到了重要作用。1997年，全球光通信市場價值超過100億美元。
2000年代，光通信技術進一步提高了傳輸速率和傳輸距離，如Wavelength Division Multiplexing(WDM)技術，可以在一根光纖上同時傳輸多個不同波長的光信號，大大提高了光纖的傳輸容量和效率。
2010年代，光通信技術已經(jīng)成為現(xiàn)代通信領域不可或缺的一部分，廣泛應用于電話、寬帶、移動通信等領域。同時，光通信技術也開始應用于智能家居、智能交通、智能家居等領域。
三、光通信的原理
光通信利用光的傳輸特性，將信息轉換為光信號，通過光纖進行傳輸，然后再將光信號轉換為電信號進行解碼。光通信的主要設備包括光源、光纖、光接收器等組成。光源可以是激光器或發(fā)光二極管等，通過電信號控制光源的開關和光的強度，產(chǎn)生光脈沖信號。這些信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_接收端，經(jīng)過光接收器將光信號轉換為電信號。
四、光通信應用場景
電信領域：光通信技術已經(jīng)成為電信領域的重要技術之一，廣泛應用于電話、寬帶、移動通信等領域。
數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心需要高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，光通信技術可以滿足這一需求，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和容量。
醫(yī)療領域：光通信技術可以用于醫(yī)療診斷和治療，如光學相干斷層掃描(OCT)技術可以用于眼科、皮膚科等領域的診斷。
光纖通信原理
1.光纖通信原理—簡介
光纖通信(Fiber-optic communication)，也作光纖通訊。光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式，首先將電信號轉換成光信號，再透過光纖將光信號進行傳遞，屬于有線通信的一種。光經(jīng)過調(diào)變后便能攜帶資訊。自1980年代起，光纖通訊系統(tǒng)對于電信工業(yè)產(chǎn)生了革命性 ，同時也在數(shù)位時代里扮演非常重要的角色。光纖通信傳輸容量大，保密性好等優(yōu)點。光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)成為當今最主要的有線通信方式。
2.光纖通信原理—組成部分
最基本的光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)信機、光收信機、光纖線路、中繼器以及無源器件組成。其中光發(fā)信機負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，光纖線路負責傳輸信號，而光收信機負責接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。
(1)光發(fā)信機----由光源、驅動器和調(diào)制器組成，實現(xiàn)電/光轉換的光端機。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。
(2)光收信機----由光檢測器和光放大器組成，實現(xiàn)光/電轉換的光端機。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。
(3)光纖線路----其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務。
(4)中繼器----由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減;另一個是對波形失真的脈沖近行政性。
(5)無源器件----包括光纖連接器、耦合器等，完成光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合。
3.光纖通信原理
光纖通信的原理就是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖經(jīng)過光的全反射原理傳送;在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復原信息。
光通信正是利用了全反射原理，當光的注入角滿足一定的條件時，光便能在光纖內(nèi)形成全反射，從而達到長距離傳輸?shù)哪康?。光纖的導光特性基于光射線在纖芯和包層界面上的全反射，使光線限制在纖芯中傳輸。光纖中有兩種光線，即子午光線和斜射光線，子午光線是位于子午面上的光光線，而斜射光線是不經(jīng)過光纖軸線傳輸?shù)墓饩€。
下面以光線在階躍光纖中傳輸為例解釋光通信的原理。
如圖所示為階躍型光纖，纖芯折射率為n1，包層的折射率為n2，且n1>n2，空氣折射率為n0。在光纖內(nèi)傳輸?shù)淖游绻饩€，簡稱內(nèi)光線，遇到纖芯與包層的分界面的入射角大于θc時，才能保證光線在纖芯內(nèi)產(chǎn)生多次反射，使光線沿光纖傳輸。然而，內(nèi)光線的入射角大小又取決于從空氣中入射的光線進入纖芯中所產(chǎn)生折射角θ2，因此，空氣和纖芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纖中以全反射形式傳輸，與內(nèi)光線入射角的臨界角θc相對應，光纖入射光的入射角θi 有一個最大值θmax。
當光線以θi>θmax入射到纖芯端面上時，內(nèi)光線將以小于θc 的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角小于90度，該光線將射入包層，很快就會露出光纖。
當光線以 θi<θmax入射到纖芯端面上時，入射光線在光纖內(nèi)將以大于 的θc入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角大于90度，該光線將在纖芯和包層界面產(chǎn)生多次反射，使光線沿光纖傳輸。
光纖通信為什么要用激光
激光光纖通信的基本原理是電信號通過發(fā)送光端機，對由激光器發(fā)射的激光光波進行調(diào)制，再通過光纖傳送到另一端，接收光端機接收并變成電信號，解調(diào)恢復原來的信息。激光光纖通信最根本問題是發(fā)生激光的激光器和傳送激光的光纖。
激光(LASER，有人譯為“萊塞”、“鐳射”)的亮度特高，亮度比太陽亮千億倍。顏色單純，定向性特好，可產(chǎn)生幾萬攝氏度的高溫，使材料迅速融化或氣化，激光比太陽更絢麗，它將人間的生活裝點得更多姿。
人們發(fā)現(xiàn)透明度很高的石英玻璃絲可以傳光，這種玻璃絲叫做光學纖維，簡稱光纖。但初期用光纖傳輸光信息損耗太大，每傳輸1000米損耗1000分貝左右(損耗零分貝，表示沒有衰減，而損耗20分貝相當于衰減得只剩1%)。1966年英籍華人高餛博士從理論分析：除去玻璃中雜質(zhì)，可以大大降低傳輸損耗，可以降低到20分貝/千米，使很多科學家受到鼓舞。
1970年，美國一公司科研人員制造出每千米傳輸損耗只有20分貝的光纖;這一年貝爾實驗室研制出在常溫環(huán)境下連續(xù)工作的激光器。人們研制的光纖損耗越來越小，到1979年只有0.2分貝/千米。1977年在美國芝加哥和圣塔摩尼卡之間首次建成商用的光纖通信系統(tǒng)，兩根直徑為0.l毫米的玻璃絲竟可同時開通8000路電話。
光纖通信技術不斷發(fā)展(如工作區(qū)波長從0.85微米過渡到1.31微米的，從多模光纖過渡到單模光纖)，信息傳輸?shù)娜萘亢退俣却蟠筇岣摺?
光纖通信有許多優(yōu)點：傳輸信息容量大;衰減小，每千米的衰減比最大容量的同軸電纜要小一個數(shù)量級;細而輕;抗干擾性好;成本低;節(jié)省金屬;保密性強。
光纖通信與衛(wèi)星通信相比有其優(yōu)點，所以在將來在電信中有可能與衛(wèi)星通信平分秋色。光纖通信除用于電話電視之外，還用于計算機網(wǎng)絡、廠礦內(nèi)部通信、電力系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)的通信等。
光纖通信技術在不停地向前發(fā)展，正在開發(fā)新的技術，有波分復用技術(讓不同波長的光信號在同一根光纖上互不干擾地傳輸)、光纖放大器(光纖傳輸有損耗，在一定距離要把光信號變成電信號加以放大，再變成光信號繼續(xù)傳輸)、光弧子通信(利用在光纖中傳播長時間保持形態(tài)、幅度和速度不變的光脈沖進行通信，以實現(xiàn)超長距離和超大容量的通信)等。
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