光纖通信及其器件的研究現狀及進展

吳小所

摘 要：光纖通信抗電磁干擾能力強、信息容量大、保密性好、易于取材等特點備受人們關注，近年來得以迅猛發展，在諸多領域已有大規模的應用。文章闡述了光通信器件的優點，目前大規模應用的波分復用（WDM）技術和光時分復用（OTDM）技術及兩者技術的結合應用、光孤子脈沖通信的發展現狀及全光網絡的發展勢頭和亟待解決的關鍵技術，對于了解光纖通信及其器件的研究現狀及進展有一定的參考意義。

關鍵詞：全光網絡；光時分復用（OTDM）；光孤子脈沖

光纖通信以其抗電磁干擾能力強、信息容量大、保密性好、易于取材等特點備受人們關注，近年來得以迅猛發展[1]。目前光纖已在有線通信的大部分領域展開了廣泛應用，已成為信息傳輸和處理的主流手段，全光網絡也將會在全人類期望中快速到來[2]。

圖1

光纖通信與傳統通信方式不同，是用光信號而不是電信號作為信息的載體，在光纖中進行傳輸的通信方式。由于光波段的頻率要比電波段的頻率高得多，與此同時，光波的傳輸介質的光纖要比電波的傳輸介質導波管或同軸電纜對能量的損耗小得多。由通信的基本原理可知光纖通信的信息容量要比微波通信大幾十倍甚至更多。由玻璃材料構造的光纖是電氣絕緣體，且相互之間的串擾很小。同時光是在依靠波導進行傳輸，所以不會產生信息被人竊聽的危險，光纖自身也很細，即使多根綁定在一起所占空間也很小，相對電纜來說能解決管道擁擠問題。

波分復用（WDM）技術的出現大大地提高了傳統光纖系統的通信容量，在國際跨通信系統中具有較好的應用前景。目前大量商用WDM系統的速率已達1.6Tbit/s，全光網絡的傳輸距離也在迅速擴展。常用提高通信容量的另外一種途徑是光時分復用（OTDM），兩者方式的本質不同，WDM是增加單個光纖的通信信道數提高通信容量的，而OTDM是通過增加單信道速率來實現的，單信道通信速率目前已達640Gbit/s。

目前最新的方法是把N個OTDM波分復用來提高通信容量，大大提高了傳輸速率。偏振復用（PDM）技術的引入大大減弱了信道間的串擾。歸零（RZ）碼在傳輸的過程中占空比較小的原因進一步降低了色散管理分布的要求，與此同時歸零碼對光纖偏振模色散（PMD）的和非線性的適應能力較強等原因，目前大容量長距離通信系統大多采用歸零編碼。

光纖中輸入的光功率較小時，一般認為是線性系統，但隨著輸入功率的增加將會產生光孤子脈沖、受激拉曼散射和受激布里淵散射等現象，由此表現為非線性。

光孤子脈沖具有皮秒的脈寬和自整形能力，適合用于大容量長距離的光信息傳輸。摻餌光纖放大器的出現更進一步拓展了光孤子的通信距離。貝爾實驗室已經成功的將激光脈沖輸送了5920km，還用光纖環實現了傳輸速度5Gbit/s、傳輸距離15000km的單信道孤子傳輸系統和速度為10Gbit/s距離為11000km的多信道復用系統。我國的光弧子通信技術的也獲得了階段性成果，實現了速度為20Gbit/s距離105km的通信。

光通信技術的最終發展目的是實現全光網絡系統，目前光網絡系統僅僅實現了網絡節點間的光化處理，在節點處依然采用的是電子器件來實現，阻礙的通信網絡容量的進一步提高，因此全光網絡的實現是目前亟待解決的問題。

全光網絡的已表現出良好的發展勢頭，目前主要的任務是采用光交換技術和WDM技術相結合，消除電光瓶頸，建立純粹的光網絡，這是通信技術發展的理想階段[3][4]。

光纖通信系統中光源是一個重要的組成部件，可以將電信號轉換為光信號后在光纖內部傳輸。目前常用的光源是半導體發光二極管（LED）和半導體激光器（LD）。

目前常用的光電檢測器件有APD雪崩光電二極管、PN光電二極管和PIN光電二極管。光電檢測器件目前主要功能已基本實現，由于光經過傳輸后一般功率較小，以后主要設計出靈敏度高的器件。另外一個問題是器件工作時電信號存在延時，隨著傳輸速度的提高，對器件的響應速度也有了更高的要求，相應的制造工藝的要求也較高。

總之，在迅猛發展的信息時代，光纖通信由于自身優勢的存在正在穩步向前飛速發展，向著更高速度、更高性能的全光網絡方向發展。

參考文獻

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[2]金興華，紀衛華.以太無源光網絡EPON技術及其在軍事通信中的應用[J].數據通信，2012（3）：16-19.

[3]韋樂平.光網絡的發展趨勢與挑戰[J].電信科學，2011（2）：1-6.

[4]胡興軍.全光網絡技術及市場[J].有線電視技術，2005（2）：18-21.