《硅谷》杂志：浅析光纤通讯技术及其发展 |
| 2013-01-28 09:15 作者：郝晓宇 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第22期刊文称，光纤通讯技术是上世纪中叶后逐渐发展起来的一项新技术，在短时间内这项技术带来世界范围内的极大影响，它以自身特有的优点迅速发展，在多个领域应用广泛，并且体现出新的发展空间，简单介绍光纤通讯的结构和优点，分析光纤通讯的发展过程并且浅析其发展趋势。
关键词：光纤通讯；优点；发展阶段；前景
0前言
上世纪70年代，随着低损耗光纤的问世，光纤开始以其自身特有的优点逐步代替电缆，在一些国家和地区的电话局之间开始使用。全世界范围内也开始了光纤通讯的研究，在科研领域掀起了规模空前的研究热潮。由于光纤通讯结构清晰，优点突出，因此，在发展中不断前进，随着社会需要的增加，光纤通讯具有良好的发展前景。
1光纤通讯技术结构解析
目前，广泛使用的光纤通讯系统结构十分清晰，大多数该系统包括发射器、光导纤维、放大器、光接收器四个主要部分（如图1）。其中发射器主要用途是将电信号转换为光信号以应用于光纤传输；光导纤维用于传输光信号，大多数光纤埋置与地下；光放大器主要是放大光信号克服传输过程中的衰减；光接收器是将光信号转换成电信号
图1
1.1发射器
发光二极管和镭射二极管通常被作为光纤通讯中的光源半导体元件，它们分别发出非同调性光和同调性光。其次，半导体作为光源不仅体积小、发光率和可靠率高而且它能将波长最佳化，可以很好的满足光纤通讯的要求。
1.2光导纤维
光纤通常是由核心、纤壳和保护层组成。其中核心和纤壳部分通常是由硅玻璃制成，保护层是经过紫外线固化后的压克力，比较坚固可以埋置与地下。光纤的一个缺点就是弯折剧烈时容易折断，加之光纤端部链接要求十分精密，因此，折断的光纤不容易被结合。
1.3光放大器
光纤通讯的发展主要受到讯号衰减和变形两个因素的影响，过去解决该问题的方法主要是应用一个先将光信号变回电信号之后放大再转回光信号的中继器。但是使用中继器使得系统架构变得非常复杂。光放大器不做光电装换直接将光信号放大，其原理是在一段光纤内掺杂稀土族元素如铒，再以短波长雷射激发。
1.4光接收器
光接收器电路一般情况下包括两个部分即，转阻放大器和限幅放大器，通过对光侦测器转换出的光电流进行处理，转阻放大器和限幅放大器就能把光电流转换成电压讯号，之后再透过后端的比较器电路把电压讯号转换成数位讯号。
2光纤通讯的优点
光纤通讯技术以其自身特有的突出优点，在市场竞争中具有非常明显的优势，广泛的应用于通讯、教育、卫生、工业生产等多个领域。它与传统的金属电缆相比较主要具有如下六个方面的优点：1）可传输的信息量大。头发丝粗细的一根光纤可以容纳几千路电视或几万路电话，其传输能力是电缆的几亿倍，因此是当代最理想的大容量传输线路；2）抗干扰能力强。光纤传递的事光波不是电讯号，它使用的频率和传统的无限电波频率不同，不会受到电磁干扰，因此传输信号质量高，抗干扰能力强；3）损耗低。随着光纤通讯技术的不断发展，光纤传输的损耗不断降低，已经从原来的1000分贝/公里降低到现在的2-5分贝/公里，比电缆的损耗低了很多；4）原材料丰富。生产光导纤维的原料是石英，资源十分丰富；5）成本低。6）线径细，材料轻。
3光纤通讯的发展阶段
光纤通讯技术自上世纪70年代问世以来，变在全世界范围内得到飞速的发展，应用领域之宽、影响范围之大十分罕见。光纤通讯技术的发展大概分为以下几个阶段：第一阶段为萌芽阶段，即，60到70年代，美国率先研制出低损耗光----细玻璃丝。该纤维芯径为50微米左右，外径100微米左右，内部材料的折射率略高于外部材料的折射率，作为一种替代铜导线的传输线路，它不仅损耗低，而且传输信息量大。之后，光纤发展进入第一代光纤时代，在80年代初期开始建立了商用短波长（0.8-0.9）微米的多模光纤线路，中继距离为5-10公里，传输容量大约为1500路到6000路电话的容量；第二代光纤时代，经过80年代的发展，光纤通讯在客服衰减及色散上去的了很大的进步，80年代以后在长波长单模光纤开始出现，并且在通讯系统中得到迅速发扎，由于是单模光纤因此色散十分小，工作波长为1.5微米左右，损耗低，因此传递信息量大，传输距离远。在1.5微米左右的波段，其传输距离可达200到250公里，这是目前在长途通讯网中广泛被推广应用的系统，近年来随着单模纤维技术的不断发展和成熟，其应用不断推广，在城市地区网上也在考虑采用长波长单模光纤系统；新一代光纤通讯，相干光光纤通讯中主要利用了两项技术分别是相干调制和外差检测。相干调制的要求是光信号不能像自然光那样没有固定的频率和相位，而是应该有固定的频率和相位，也就是说应该为相干光；外差检测，就是通过光混频器把激光和信号光进行混频处理，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。相干光通讯具有明显的优点，首先，相干光通信灵敏度高，进而使无中继传输距离增加。相干检测能提高接收机的灵敏度。在相同的情况下，相干接收机比普通接收机的灵敏度高20db左右，由于灵敏度高因此也增加了光信号的无中继传输距离。其次，相干光通讯选择性好，通信容量大。相干光通讯使用的是外差探测，探测的信号时混频光，因而只有中频频带的噪声才能进入系统，滤波性能良好；第三，具有多种调制方式。
4光纤通讯未来的发展趋势
4.1光纤通讯将进入快速发展阶段
微电子技术中著名的摩尔定律称：集成电路的集成度每18个月翻一番。但目前光纤通讯正以更高的速度发展，光纤容量和光电器件的发展速度是集成电路集成速度的一倍。光纤通讯的实质是光信号在光纤中的传输，用光纤代替传统的金属电缆，其优越性不言而喻。全世界范围内绝大多数的信息是由光纤传送的。最近几年迅速发展起来的波分复用技术是在玻璃丝粗细的光纤里同时传送不同颜色或不同频率的光。由于这些光各自携带着的信息不同，因此，极大地增加了通讯容量。
4.2光纤通讯将发展成全光网
光电子技术的核心问题就是光转换成电或者电转换成光。未来的光通讯将会发展成全光网，未来的计算机将先后经历量子计算机和光子计算机两个阶段，光子计算机主要是利用光的并列特点，瞬间就能把一个二维图像调过来。
4.3光存储容量不断增大
光存储技术在上世纪末兴起，它对信息的存取产生了巨大影响。现在普遍应用的光盘就是光存储的一种简单形式。现在正在充分利用光的特点研究比光盘的存储密度和记录速度更大的技术，也就是要在理论上开放光存储的大容量技术。
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