光纖通信技術的發展與應用

王鑫 宋欣蕾 武麗紅 楊宜錕 中北大學朔州校區

一、光纖通信的應用背景

通信產業是伴隨著人類社會的發展而發展的。追溯光通信的發展起源，早在三千多年前，我國就利用烽火臺火光傳遞信息，這是一種視覺光通信。隨后，在1880年貝爾發明了光電話，但是它們所傳輸的信息容量小，距離短，可靠性低，設備笨重，究其原因是由于采用太陽光等普通光源。之后伴隨著激光的發現，1966年英籍華人高錕博士發表了一篇劃時代性的論文，他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學纖維，能作為通信媒質。從此，開創了光纖通信領域的研究工作。

二、光纖通信的技術原理

光纖即光導纖維，光纖通信是指利用光波作為載波，以光纖作為傳輸介質將要傳輸的信號從一處傳至另一處的通信方式。其中，光纖由纖芯、包層和涂層組成。纖芯是一種玻璃材質，以微米為單位，一般幾或幾十微米，比發絲還細。由多根光纖組成組成的稱之為光纜。中間層稱為包層，根據纖芯和包層的折射率不同從而實現光信號傳輸過程中在纖芯內的全反射，實現信號的傳輸。涂層就是保護層，可以增加光纖的韌性以保護光纖。

光纖通信系統的基本組成部分有光發信機、光纖線路、光收信機、中繼器及無源器件組成。光發信機的作用是將要傳輸的信號變成可以在光纖上傳輸的光信號，然后通過光纖線路實現信號的遠距離傳輸，光纖線路在終端把信號耦合到收信端的光檢測器上，通過光收信端把變化后的光信號再轉換為電信號，并通過光放大器將這微弱的電信號放大到足夠的電平，最終送達到接收端的電端完成信號的輸送。中繼器在這一過程中的作用是補償光信號在光纖傳輸過程中受到的衰減，并對波形失真的脈沖進行校正。無源器件的作用則是完成光纖之間、光纖與光端機之間的連接及耦合。

通過信號的這一傳輸過程可以看出，信號在傳輸過程中其形式主要實現了兩次轉換，第一次即把電信號變成可在光纖中傳輸的光信號，第二次即把光信號在接收端還原成電信號。此外，在發信端還需首先把要傳輸的信號如語音信號變成可傳輸的電信號。

三、光纖通信的特點

（一）抗干擾能力強

光纖的主要構成材料是石英，石英屬絕緣材料的范疇，絕緣性好，有很強的抗腐蝕性。而且在實際應用過程中它受電流的影響非常小，因此抗電磁干擾的能力很強，可以不受外部環境的影響，也不受人為架設的電纜等的干擾。這一特性相比于普通無線通信，其在強電領域的通訊應用特別有用，如在對穩定性、安全性、保密性要求較高的軍事領域的應用。

（二）信號傳輸頻帶寬，通信容量大

光纖的傳輸帶寬比銅線或電纜大得多。從理論上講，一根僅有發絲粗細的光纖可以同時傳輸1000億個話路。雖然目前的技術還遠未達到如此多的話路傳輸，但已實現了24萬個話路的傳輸，它比傳統的有線傳輸、微波傳輸等的信息容量高出幾十倍。且一根光纜包含多條光纖，若再加上波分復用技術把一條光纖當做幾條甚至幾十條使用，其信號傳輸容量將更加巨大。

（三）物理損耗低，中繼距離長

目前，光纖的主要構成材料是石英，石英光纖和其它傳輸介質相比的損耗是最低的；如果將來使用非石英極低損耗傳輸介質，理論上傳輸的損耗還可以降到更低的水平。且這樣可以使得在長距離的光纖傳輸中中繼站的設置距離拉長，數量減少，從而降低光纖通信系統的施工成本，帶來更好的經濟效益。

（四）無串音干擾，保密性好

在電波傳輸的過程中，電磁波的傳播容易泄露，保密性差。而光波在光纖中傳播，由于光纖四周環繞的都是不透明塑料，可吸收所泄露的電磁波信號，因此不會發生串音干擾的現象，同時外部也難以竊聽到光纖中傳輸的信息，極大的提高了信號傳輸的保密性。

除此之外，光纖通信還具有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設，光纖的原材料資源豐富、成本低，溫度穩定性好、壽命長等優點，因而被廣泛發展和應用。

四、光纖通信的發展趨勢

（一）光網絡智能化

光纖通信技術作為信息技術的一大重要領域，在提倡智能化的現代社會，實現光纖通信技術的智能化是科技工作者一直致力研發的方向。在通信技術中接入智能化載體的計算機技術，促使通信技術向智能化的方向進步。實現光網絡系統在完成傳輸功能的同時，賦予其自動發現功能，連續控制功能和自我保護和恢復功能。

（二）全光網絡

光纖通信技術的最高發展階段就是實現全光網絡，這是光纖技術的最理想化實現形式。全光網絡是光纖通信系統技術進步和革新的終極發展目標，未來的通信網絡將會進入全光的階段。

（三）波分復用系統

超大容量、超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有廣闊的應用前景。近年來，波分復用系統發展迅猛，目前1.6Tbit/s的WDM系統已經大量應用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用（OTDM）技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數業提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Cbit/s。

（四）光孤子通信

光孤子是一種特殊的ps 數量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相應平衡，因而經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。

五、結語

作為信息技術的主要載體之一，通信技術對人們生活的影響十分重大，光纖通信作為其技術領域之一，從20世紀70年代發展之初起，以其特有的便捷性、安全性、信息傳輸量大等優點而迅速發展，成為現在主要的通信手段之一。在未來的發展過程中，伴隨著科學技術的不斷發展與人們對通信技術要求的日趨嚴格，光纖通信技術必然會在突破現有的技術局限的同時不斷向智能化等新的領域發展，涉及的范圍更廣，技術更新更難，影響力和影響面也更寬，勢必會對整個電信網和信息業產生更加深遠的影響。它的演變和發展結果將會在很大程度上決定電信網和信息業的未來大格局，也會對未來的國民經濟產生巨大影響。