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1、光纤通信技术应用及发展探究目录1引言12光纤通信技术的发展错误!未定义书签。2.1 光纤和光缆错误!未定义书签。2.2 光源和光电检测器错误!未定义书签。2.3 波分复用WDM技术22.4 相干光通信COC22.5 光纤和光缆22.6 光源和光电检测器22.7 波分复用WDM技术22.8 光同步数字体系33光纤通信的应用33.1 我国光纤通信的应用33.2 光纤通信在军事上的应用33.3 国际上光纤通信已普遍采用，已成为通信网的基础44光纤通信技术的特点44.1 频带极宽，通信容量大44.2 损耗低，中继距离长54.3 抗电磁干扰能力强54.4 无串音干扰，保密性好55光纤通信技术的现状研究5
2、5.1 光纤通信技术中的波分复用技术55.2 光纤通信技术中的光纤接入技术56光纤通信技术的发展趋势66.1 超大容量、超长距离传输技术66.2 光孤子通信66.3 全光网络67总结7参考文献7摘要光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率（1014Hz数量级）的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤的的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。在电信网络领域起着举足轻重的地位。文章主要是对光纤通信技术应用及发展方面加以研究，通过将光纤的发展和应用加以分别地介绍使探究的主题更加深入。关键字：光纤通信技术应用发展1引言光纤通信利用光导纤维作为传输介质实现
3、信息传输，是本世纪70年代发展起来的新兴通信手段。光纤通信具有通信容量大、传输质量高、保密性好、抗电磁干扰、抗辐射、体积小、重量轻等一系列优点。目前正在迅速发展，并得到广泛应用。光纤通信技术已发展成为国际性高技术产业。2光纤通信技术的发展光纤通信系统由光纤（光缆）、光源、光电检测器、光电端机、光中继器、监控系统和PCM复用设备等组成。自1970年世界上第一根光纤问世和1976年第一条光纤通信试验线路以来，20多年间光纤通信技术已经有了很大的发展,并已成为现代通信网传输系统的三大支柱之一。2.1 光纤和光缆_光纤由石英玻璃SiO2制成。光纤按结构和传输性能分为多模光纤和单模光纤。多模光纤适用于中
4、小容量、短距离通信。单模光纤适用于大容量、长距离通信。光纤的主要性能指标是损耗和色散，损耗是影响通信距离的主要因素，而色散则是决定传输速度的主要因素。光纤通信利用光纤的3个低损耗窗口,即0.85,0.131,0.155m波长传送光波。光纤在0.131Um的长波长色散最小，传输速度最高，其单模光纤最低损耗可选0.35dBkm;而在0.155Hm长波长单模光纤的损耗最低，可达02dBkm,但色散很大，使传输高速率信息受到限制；085,Um短波长多模光纤的最低损耗可做到25dBkm,由于损耗较大，使信息的传输距离受到限制。目前，无论是市话或长途光纤通信一都采用1.31/am波长的单模光纤。为了解决光
5、纤损耗和色散二者在要求上的矛盾，已研制出色散平坦型单模光纤和0155p.m色散迁移单模光纤，使光耋千通信的容量和无中继距离都有了大幅度的提高80年代初，国外进行工作波长为24,am的超长波红外光通信研究，其光纤损耗可小至0.001-0.OldB/km,无中继距离可达100okm以上，前景诱人，但目前尚未实用，随着光纤通信的发展，工程上使用的光缆制造技术也有了很大发展。光缆由多根光纤绞合而成，按照通信容量的不同，一般为2-48芯。在结构上由早期的紧套层绞式光缆发展到紧套骨架式光缆。根据使用环境和用途不同，发展了管道、直埋、架空、海底缆等。2.2 光源和光电检测器随着光纤由短波长多模光纤向长波长单
6、模光纤技术的发展,光电器件也在不断发展激光光源由发光二极管1.ED和珅化钱短波长激光器1.D发展到以锢客珅磷为材料的长波长激光器用于将光信号变为电信号的光电检测器主要有光电二极管PINEFT和雪崩二极管APD,其制造技术也在不断改进。1.ED和PINEFTA主要用于中小容量和中短距离通信，1.D和APD主要用于大中容量和远距离的光纤通信。2.3 波分复用WDM技术波分复用，就是利用光合渡器和光分渡器，在一根光纤内传送几个不同渡长的光信号进行光波长划分复用的通信，也称光频分制通信。采用波分复用技术可以得到更大的通信容量，由于当前光源的光波长精度和稳定性大多为能满足光波分复用的要求.为了适应光源的
7、波长偏离，常用的办法是使各光信道的间隔很大和使光信道的带宽很宽。这种办法在不需太多的光信道的情况下，仍有很高的价值。另一种办法是发展可调光源和可调谐光滤波器。在2(MX)年左右.光波分复用技术有较大发展，并达到实用化。2.4 相干光通信COC相干光通信是将长距离传输的光信号与本地光源产生的光信号混频构成的光外差通信。其优点是接收灵敏度高，选择性好，可大大延长通信距离和扩大通信容量。日本于1990年进行了2.5Gbits,220Okm的相干光通信试验。2.5 掺银光放大器EDFA技术掺钳光放大器是近几年光纤通信技术的重大突破，应用前景广阔。其光放大机理是银离子的荧光波长为0.155m.在激光泵源
8、的作用下可对该波长的信号进行放大。由于直接进行光放大，在长距离中继光纤通信线路中插入光放大器,可以免除光电转换.省去大量电子线路。大大延长了通信距离。日本曾制成增益为46.5dB的EDFAo2.6 光孤子通信光孤子通信是利用光脉冲在光纤中传输时,当光强密度足够大时可引起光脉冲变窄的非线性现象，称为孤子现象，从而可扩大通信容量。当前国际上采用光孤子技术与掺银光放大器结合.大大提高通信容量和扩大通信距离。2.7 光集成与全光通信技术利用光集成技术的光纤通信部件，如光发送机、光接收机、光中继器、光交换机等，将使光纤通信发生革命性变化。光集成部件与光纤组成的光纤通信系统可实现不需电一光一电转换的全光通
9、信，使光纤通信不仅通信容量大，传输距离远，而且具有极高的抗电子干扰能力和保密性，因而有很高的军事应用价值。目前国际上光集成和光电子集成技术的研究已取得了可喜的迸展。2.8 光同步数字体系SDH光同步数字体系是国际无线电咨询委员会(CCITT)1988年提出的同步数字通信体系标准，它与传统的准同步数字系列不同点在于：SDH的复用是以字节为单位交互存取，各层帧结构和帧长是固定的；采用该标准的优点是：(1)统一了不同的数字通信.有利于国内外通信的互通、互连。(2)简化了复接/分接技术和设备，上下路方便；(3)可利用数字交叉连接系统DXC进行网路管理、监控和调度，从而增强了通信网的维护、管理功能。SD
10、H可大大提高通信网的利用率、可靠性、灵活性和对各种业务的适应性，是国际上光纤通信的重大变革和发展方向。3、光纤通信的应用3我国光纤通信的应用我国光纤通信的研究始于70年代初，起步较早，是70年代末期世界上少数拥有光纤系统试验段的国家之一，但后来与国际上的差距扩大了。在七五期间，国家加强了光纤通信的研究和发展，重点发展长波长单模光纤、远距离光纤通信技术和成套设备。迸入9o年代以后光纤通信的应用更加迅速。我国首条14OMbits,1920路单模光纤直埋式长途干线光纤通信系统在合肥至芜湖之间建成。随后建成了京汉广140Mbits,3023km架空光纤通信系统，并建成上海至无锡565Mbits,768
11、0路干线光纤通信系统。八五期间，重点研制光同步数字体系SDH的STM-1(155Mbits)WSTM-4(622Mbit/s)及交叉连接设备DXC,并专题攻关STM16(2.5Gbit/s)光纤通信系统。九五期间，我国将在全国范围内，建成以北京为中心的八纵八横的光纤通信网。以1997年10月9日开始动工兴建的西安至武汉光缆工程为例，其干线为36芯.全长1300多km,此工程选用美国制造的目前世界上先迸的20Gbit/s、2、5Gbit/s、622Mbit/sSDH光传输设备.并将在我国首次使用4个波长的密集波分复用技术，它使一对光纤的传输容量提高了4倍。3.2 光纤通信在军事上的应用光纤通信的
12、一系列突出优点.在军事通信上有广阕的应用前景。外军研制成功的野战通信光缆，不受外界干扰，不辐射电磁渡，抗核辐射，体积小，重量轻,通信稳定可靠，为在现代电子战条件下的通信提供了一种性能优越的手段。外军光纤通信在陆地上主要用于局域网、远距离战术及战略系统、特种武器控制与制导等。在海上和水下光纤通信系统主要用于舰载光纤数据链路、航空母舰光纤通信、光纤鱼雷制导、光纤反潜系统。光纤通信在空军的开发应用主要有：机载光纤数据总线、机载光纤陀螺等。总言之，凡是用电缆通信系统能完成的都可以用光纤代替。作为现代化通信网的基础，光纤通信的发展将进入一个新纪元。特别是当前美、日、西欧等国家在竞相规划、发展“信息高速公
13、路”。国际上“信息高速公路计划”的实施.将对社会政治、经济生活、工作方式、生活方式等产生重大影响同时也会对军事产生不可估量的影响。我们应不失时机地研究发展战略和对策，根据我们的国情.有计划地发展光纤通信，综合发展卫星、微波、短波等多种通信手段，提高军事通信保障能力，才能在高技术条件下的局部战争中立于不败之地。3.3 国际上光纤通信已普遍采用，已成为通信网的基础世界光纤用量已超过3OOO万km。565Mbit/s（7680个话路）中继距离45km以上的光纤通信已经广泛采用。k7Gbits和2、4Gbits的系统已试制成功.可传送213万路电话。超高速率5Gblt/s、IoGbiI/$甚至20Gb
14、lt/s的系统正在研究。采用多量子阱激光器MQW-1.D的工作速率高达2030Gbit/s的光纤通信系统正向商用化发展。光纤不仅在陆地上普遍采用，而且越来越多地用于跨洋通信。1992年底光缆已达12万km。1994年将建成欧洲第一条海底光放大链路.从西班牙至荷兰，全长1800km,采用光放大新技术和国际同步数字传输标准SDH通信速率为2.5Gbit/s,6万个话路，可倍想至5Gbits（12万个话路）。光奸通信还广泛用于市话网、局域闲1.AN、城域网MAN和综合业务数字网Is-DN,传输电视、高清晰度电视HDTV.数据等非话业务.在所用光电端机中大量采用专用大规模集成电话ASICA和可编和门列
15、PGA提高了集成度和可靠性，减小了体积、功耗和成本。目前.继单信道WGbit/s系统实用化之后，总容量达40Gbits的WDM光通信系统又达到商用水平。预计本世纪末OGbits的系统将逐步商用。Tbit/s的高速大容量系统的传输试验正在实验室进行，在2010年前后，1Tbit/s的光通信系统已达到实用程度。光通信技术的发展，为实现全球范围内的通信不受距离、时间、传输带宽、开展业务种类等方面的限制，让人们尽情的享受丰富多彩的信息服务创造了条件。在要求语音、数据、图像信息综合传输的时代，光纤技术也必定是支撑信息流通的最主要的。4、光纤通信技术的特点4.1 频带极宽，通信容量大光纤比铜线或电缆有大得
16、多的传输带宽，光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量，特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5GbPS到IOGbPs。4.2 损耗低，中继距离长目前，商品石英光纤损耗可低于020dBkm,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；若将来采用非石英系统极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离；对于一个长途传输线路，由于中继站数目的减少，系统成本和复杂性
17、可大大降低。4.3 抗电磁干扰能力强光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受人为释放的电磁干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域（如电力传输线路和电气化铁道）的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应，光纤传输系还特别适合于军事应用。4.4 无串音干扰，保密性好在电波传输的过程中，电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰，而容易被窃听，保密性差。光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在光波导结构中，而任何泄漏的射线都被
18、环绕光纤的不透明包皮所吸收，即使在转弯处，漏出的光波也十分微弱，即使光缆内光纤总数很多，相邻信道也不会出现串音干扰，同时在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。除以上特点之外，还有光纤径细、重童轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点，其不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。5、光纤通信技术的现状研究5.1 光纤通信技术中的波分复用技术即WDM,充分利用了单模光纤低损耗区的优势，获得了大的带宽资源。波分复用技术基于每一信道光波的频率和波长不同等情况出
19、发，把光纤的低损耗窗口规划为许多个单独的通信管道，并在发送端设置了波分复用器，将波长不同的信号集合到一起送入单根光纤中，再进行信息的传输，而接收端的波分复用器把这些承载着多种不同信号的、波长不同的光载波再进行分离。5.2 光纤通信技术中的光纤接入技术光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试，它实现了普遍意义上的高速化信息传输，满足了广大民众对信息传输速度的要求，主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。其中后者起着更为关键的作用，即FTTH(意思是光纤到户)，作为光纤宽带接入的最后环节，负责完成全光接入的重要任务，基于光纤宽带的相关特性，为通信接收端的用户提供了所需的不受限制的带宽资源
20、。6、光纤通信技术的发展趋势对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。6.1 超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容童，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛,目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbitso仅靠OTDM和WDM来提高光通信系
21、统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号迸行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用(PDM)技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零(RZ)编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求,且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散(PMD)的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/0TDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM信系统的关键技术中。6.2 光孤子通信光孤子是一种特殊的P3数量级的超短光脉冲,由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保
22、持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10-20Gbits提高到100Gbit/s以上：在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE,光学滤波使传输距离提高到IO(X)OOkm以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFAo当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前己取得的突破性进展使人们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前
23、景。6.3 全光网络未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点,节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由O目前，全光网络发展仍处于初期阶段，但它己显示出良好的发展前景。7、总结光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一,在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用，在全球通信领域及相关行业在全球处于非常低迷的状态时，光纤通信技术仍得到了一些发展。依照我国现行的通信技术领域的发展模式，光纤通信技术的应用必会代替一切其他的信息传递方式。而成为未来通信领域发展的主流技术，将带领人类迸入全光时代。参考文献：口】毛谦，我国光纤通信技术发展的现状和前景J.电信科学.2006【2】王磊，裴丽.光纤通信的发展现状和未来J.中国科技信息.2006,04.【3】李超.浅谈光纤通信技术发展的现状与趋势.沿海企业与科技，2007.7.【4】史为超.光纤通信技术应用及发展探究J硅谷.2010【5】章永江.城市建设理论研究：电子版.20156贺树云.无线互联科技.2012
