光纖通信的概念

光纖通信技術(shù)(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(shù)，其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的，也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會(huì)中各種信息的主要傳送工具。

光纖即為光導(dǎo)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(gòu)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(xué)特性進(jìn)行分類外，在應(yīng)用中，光纖常按用途進(jìn)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(dāng)今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)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。1966年英籍華人高錕(Charles Kao)發(fā)表論文提出用石英制作玻璃絲(光纖)，其損耗可達(dá)20dB/km，可實(shí)現(xiàn)大容量的光纖通信。當(dāng)時(shí)，世界上只有少數(shù)人相信，如英國的標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室(STL)、美國的Corning玻璃公司，Bell實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)導(dǎo)。2009年高錕因發(fā)明光纖獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1970年，Corning公司研制出損失低達(dá)20dB/km，長約30 m的石英光纖，據(jù)說花費(fèi)了3000千萬美元。1976年Bell實(shí)驗(yàn)室在華盛頓亞特蘭大建立了一條實(shí)驗(yàn)線路，傳輸速率僅45Mb/s，只能傳輸數(shù)百路電話，而用中同軸電纜可傳輸1800路電話。因?yàn)楫?dāng)時(shí)尚無通信用的激光器，而是用發(fā)光二極管(LED)做光纖通信的光源，所以速率很低。1984年左右，通信用的半導(dǎo)體激光器研制成功，光纖通信的速率達(dá)到144Mb/s，可傳輸1920路電話。1992年一根光纖傳輸速率達(dá)到2.5Gb/s，相當(dāng)3萬余路電話。1996年，各種波長的激光器研制成功，可實(shí)現(xiàn)多波長多通道的光纖通信，即所謂“波分復(fù)用”(WDM)技術(shù)，也就是在1根光纖內(nèi)，傳輸多個(gè)不同波長的光信號(hào)。于是光纖通信的傳輸容量倍增。在2000年，利用WDM技術(shù)，一根光纖光纖傳輸速率達(dá)到640Gb/s。有人對(duì)高錕1976年發(fā)明了光纖，而2010年才獲得諾貝爾獎(jiǎng)有很大的疑問。事實(shí)上，從以上光纖發(fā)展史可以看出，盡管光纖的容量很大，沒有高速度的激光器和微電子仍不能發(fā)揮光纖超大容量的作用。電子器件的速率才達(dá)到吉比特/秒量級(jí)，各種波長的高速激光器的出現(xiàn)使光纖傳輸達(dá)到太比特/秒量級(jí)(1Tb/s=1000 Gb/s)，人們才認(rèn)識(shí)到“光纖的發(fā)明引發(fā)了通信技術(shù)的一場革命!”

優(yōu)點(diǎn)和不足(1)通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn);一根光纖的潛在帶寬可達(dá)20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達(dá)幾十、甚至上百公里。(2)信號(hào)干擾小、保密性能好;(3)抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。(4)光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設(shè)和運(yùn)輸;(5)材料來源豐富，環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。(6)無輻射，難于竊聽，因?yàn)楣饫w傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。 (7)光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長。(8)質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度差。(9)光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。(10)分路、耦合不靈活。(11)光纖光纜的彎曲半徑不能過小(>20cm)(12)有供電困難問題。利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式.由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點(diǎn)，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纖通信.