【摘要】分析光纖通訊技術的發展歷史與特點,並對光纖通訊技術的發展趨勢進行了展望。
【關鍵詞】光纖通訊技術的發展 特點 前景
一、光纖通訊的歷史
光纖通訊的誕生與發展是電信史上的一次重要革命。1966年,美籍華人高錕()和霍克哈姆(ham)發表論文,預見了低損耗的光纖能夠用於通訊,敲開了光纖通訊的大門,引起了人們的重視。1970年,美國康寧公司首次研製成功損耗為20dB/km的光纖,光纖通訊時代由此開始。1977年美國在芝加哥相距7000米的兩電話局之間,首次用多模光纖成功地進行了光纖通訊試驗。8.5微米波段的多模光波為第一代光纖通訊系統。1981年又實現了兩電話局間使用1.3微米多模光纖的通訊系統,為第二代光纖通訊系統。1984年實現了1.3微米單模光纖的通訊系統,即第三代光纖通訊系統。80年代中後期又實現了1.55微米單模光纖通訊系統,即第四代光纖通訊系統。用光波分複用提高速率,用光波放大增長傳輸距離的系統,為第五代光纖通訊系統。新系統中,相干光纖通訊系統,已達現場實驗水平,將得到應用。光孤子通訊系統可以獲得極高的速率,20世紀末或21世紀初可能達到實用化。
二、光纖技術發展的特點
(1) 頻帶極寬,通訊容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸頻寬,光纖通訊系統的於光源的調製特性、調製方式和光纖的色散特性。對於單波長光纖通訊系統,由於終端裝置的電子瓶頸效應而不能發揮光纖頻寬大的優勢。通常採用各種複雜技術來增加傳輸的容量,特別是現在的密集波分複用技術極大地增加了光纖的傳輸容量。目前,單波長光纖通訊系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps。
(2) 損耗低,中繼距離長。目前,商品石英光纖損耗可低於0～20dB/km,這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低;若將來採用非石英系統極低損耗光纖,其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通訊系統可以跨越更大的無中繼距離;對於一個長途傳輸線路,由於中繼站數目的減少,系統成本和複雜性可大大降低。
(3) 抗電磁干擾能力強。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料,不易被腐蝕,而且絕緣性好。與之相聯絡的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力,它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體複合構成複合光纜。這一點對於強電領域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通訊系統特別有利。由於能免除電磁脈衝效應,光纖傳輸系還特別適合於軍事應用。
(4)無串音干擾,保密性好。在電波傳輸的過程中,電磁波的洩漏會造成各傳輸通道的串擾,而容易被偷聽,保密性差。光波在光纖中傳輸,因為光訊號被完善地限制在光波導結構中,而任何洩漏的射線都被環繞光纖的不透明包皮所吸收,即使在轉彎處,漏出的光波也十分微弱,即使光纜內光纖總數很多,相鄰通道也不會出現串音干擾,同時在光纜外面,也無法偷聽到光纖中傳輸的資訊。
除以上特點之外,還有光纖徑細、重量輕、柔軟、易於鋪設;光纖的原材料資源豐富,成本低;溫度穩定性好、壽命長。由於光纖通訊具有以上的獨特優點,其不僅可以應用在通訊的主幹線路中,還可以應用在電力通訊控制系統中,進行工業監測、控制,而且在軍事領域的用途也越來越為廣泛。
三、光纖技術的發展前景
對光纖通訊而言,超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標,而全光網路也是人們不懈追求的`夢想。
(1)向超高速系統的發展。目前10Gbps系統已開始大批量裝備網路,主要在北美,在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是,10Gbps系統對於光纜極化模色散比較敏感,而已經鋪設的光纜並不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統的要求,需要實際測試,驗證合格後才能安裝開通。它的比較現實的出路是轉向光的複用方式。光復用方式有很多種,但目前只有波分複用(WDM)方式進入了大規模商用階段,而其它方式尚處於試驗研究階段。
(2)向超大容量WDM系統的演進。採用電的時分複用系統的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用頻寬資源僅僅利用了不到1%,99%的資源尚待發掘。如果將多個傳送波長適當錯開的光源訊號同時在一極光纖上傳送,則可大大增加光纖的資訊傳輸容量,這就是波分複用(WDM)的基本思路。採用波分複用系統的主要好處是:1.可以充分利用光纖的巨大頻寬資源,使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍;2.在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖和再生器,從而大大降低了傳輸成本:3.與訊號速率及電調製方式無關,是引入寬頻新業務的方便手段;4.利用WDM網路實現網路交換和恢復可望實現未來透明的、具有高度生存性的光聯網。
(3)開發新代的光纖