論光纖通信技術現狀及發展趨勢

房芳 王麗嬋

【摘要】 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。

【關鍵字】 光纖通信 現狀 發展趨勢

光纖通信就是利用光導纖維傳輸信號，以實現信息傳遞的一種通信方式。 就光纖通信技術本身來說，應該包括以下幾個主要部分：光纖光纜技術、光交換技術傳輸技術、光有源器件、光無源器件以及光網絡技術等。

一、光纖光纜技術

光纖技術的進步可以從兩個方面來說明： 一是通信系統所用的光纖； 二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個，即850nm（第一窗口）、1310nm（第二窗口）以及1550nm（第三窗口）。近幾年相繼開發出第四窗口（L波段）、第五窗口（全波光纖）以及S波段窗口。這些窗口開發成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內，都能實現低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長。

二、光復用技術

復用技術是為了提高通信線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時傳輸多路不同信號而互不干擾的技術。光復用技術種類很多，其中最為重要的是光波分復用（WDM）技術和光時分復用（OTDM）技術。光波分復用（WDM）技術是在一芯光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其基本原理是在發送端將不同波長的光信號組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號分開，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。波分復用當前的商業水平是273個或更多的波長，研究水平是1022個波長（能傳輸368億路電話），近期的潛在水平為幾千個波長，理論極限約為15000個波長（包括光的偏振模色散復用，OPDM）。而光時分復用（OTDM）技術指利用高速光開關把多路光信號在時域里復用到一路上的技術。光時分復用（OTDM）的原理與電時分復用相同，只不過電時分復用是在電域中完成，而光時分復用是在光域中進行，即將高速的光支路數據流（例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s）直接復用進光域，產生極高比特率的合成光數據流。

三、光放大技術

光放大器的開發成功及其產業化是光纖通信技術中的一個非常重要的成果，它大大地促進了光復用技術、光孤子通信以及全光網絡的發展。顧名思義，光放大器就是放大光信號。在此之前，傳送信號的放大都是要實現光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實現光信號放大。光放大器主要有3種：光纖放大器、拉曼放大器以及半導體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子（如鉺、鐠、銩等）作為激光活性物質。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶； 摻銩光纖放大器的增益帶是S波段；摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會發生非線性效應。喇曼散射，在不斷發生散射的過程中，把能量轉交給信號光，從而使信號光得到放大。半導體光放大器（S0A）一般是指行波光放大器，工作原理與半導體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產量很小。

四、光交換技術

光交換技術是指不經過任何光/電轉換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。目前已見報道的光交換技術的交換方式主要可以分為，空間分光交換方式，時分光交換方式，波分光交換方式，ATM光交換方式，碼分光交換方式，自由空間光交換方式和復合型光交換方式等等?？辗止饨粨Q的基本原理是將光交換節點組成可控的門陣列開關， 通過控制交換節點的狀態可實現使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開，完成光信號的交換。

五、光纖通信技術的發展趨勢

1、向超高速系統的發展。目前商用系統已從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時間里增加了2000倍，比同期微電子技術的集成度增加速度還快得多。

2、向超大容量WDM系統的演進。采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1%，99%的資源尚待發掘。

3、實現光聯網。上述實用化的波分復用系統技術盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎的系統，其靈活性和可靠性還不夠理想。

參 考 文 獻

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