光纤通信技术的发展与应用

王鑫 宋欣蕾 武丽红 杨宜锟 中北大学朔州校区

一、光纤通信的应用背景

通信产业是伴随着人类社会的发展而发展的。追溯光通信的发展起源，早在三千多年前，我国就利用烽火台火光传递信息，这是一种视觉光通信。随后，在1880年贝尔发明了光电话，但是它们所传输的信息容量小，距离短，可靠性低，设备笨重，究其原因是由于采用太阳光等普通光源。之后伴随着激光的发现，1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。从此，开创了光纤通信领域的研究工作。

二、光纤通信的技术原理

光纤即光导纤维，光纤通信是指利用光波作为载波，以光纤作为传输介质将要传输的信号从一处传至另一处的通信方式。其中，光纤由纤芯、包层和涂层组成。纤芯是一种玻璃材质，以微米为单位，一般几或几十微米，比发丝还细。由多根光纤组成组成的称之为光缆。中间层称为包层，根据纤芯和包层的折射率不同从而实现光信号传输过程中在纤芯内的全反射，实现信号的传输。涂层就是保护层，可以增加光纤的韧性以保护光纤。

光纤通信系统的基本组成部分有光发信机、光纤线路、光收信机、中继器及无源器件组成。光发信机的作用是将要传输的信号变成可以在光纤上传输的光信号，然后通过光纤线路实现信号的远距离传输，光纤线路在终端把信号耦合到收信端的光检测器上，通过光收信端把变化后的光信号再转换为电信号，并通过光放大器将这微弱的电信号放大到足够的电平，最终送达到接收端的电端完成信号的输送。中继器在这一过程中的作用是补偿光信号在光纤传输过程中受到的衰减，并对波形失真的脉冲进行校正。无源器件的作用则是完成光纤之间、光纤与光端机之间的连接及耦合。

通过信号的这一传输过程可以看出，信号在传输过程中其形式主要实现了两次转换，第一次即把电信号变成可在光纤中传输的光信号，第二次即把光信号在接收端还原成电信号。此外，在发信端还需首先把要传输的信号如语音信号变成可传输的电信号。

三、光纤通信的特点

（一）抗干扰能力强

光纤的主要构成材料是石英，石英属绝缘材料的范畴，绝缘性好，有很强的抗腐蚀性。而且在实际应用过程中它受电流的影响非常小，因此抗电磁干扰的能力很强，可以不受外部环境的影响，也不受人为架设的电缆等的干扰。这一特性相比于普通无线通信，其在强电领域的通讯应用特别有用，如在对稳定性、安全性、保密性要求较高的军事领域的应用。

（二）信号传输频带宽，通信容量大

光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。从理论上讲，一根仅有发丝粗细的光纤可以同时传输1000亿个话路。虽然目前的技术还远未达到如此多的话路传输，但已实现了24万个话路的传输，它比传统的有线传输、微波传输等的信息容量高出几十倍。且一根光缆包含多条光纤，若再加上波分复用技术把一条光纤当做几条甚至几十条使用，其信号传输容量将更加巨大。

（三）物理损耗低，中继距离长

目前，光纤的主要构成材料是石英，石英光纤和其它传输介质相比的损耗是最低的；如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。且这样可以使得在长距离的光纤传输中中继站的设置距离拉长，数量减少，从而降低光纤通信系统的施工成本，带来更好的经济效益。

（四）无串音干扰，保密性好

在电波传输的过程中，电磁波的传播容易泄露，保密性差。而光波在光纤中传播，由于光纤四周环绕的都是不透明塑料，可吸收所泄露的电磁波信号，因此不会发生串音干扰的现象，同时外部也难以窃听到光纤中传输的信息，极大的提高了信号传输的保密性。

除此之外，光纤通信还具有光纤径细、重量轻、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、寿命长等优点，因而被广泛发展和应用。

四、光纤通信的发展趋势

（一）光网络智能化

光纤通信技术作为信息技术的一大重要领域，在提倡智能化的现代社会，实现光纤通信技术的智能化是科技工作者一直致力研发的方向。在通信技术中接入智能化载体的计算机技术，促使通信技术向智能化的方向进步。实现光网络系统在完成传输功能的同时，赋予其自动发现功能，连续控制功能和自我保护和恢复功能。

（二）全光网络

光纤通信技术的最高发展阶段就是实现全光网络，这是光纤技术的最理想化实现形式。全光网络是光纤通信系统技术进步和革新的终极发展目标，未来的通信网络将会进入全光的阶段。

（三）波分复用系统

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量，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/s的WDM系统已经大量应用，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业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640Cbit/s。

（四）光孤子通信

光孤子是一种特殊的ps 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应平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。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。

五、结语

作为信息技术的主要载体之一，通信技术对人们生活的影响十分重大，光纤通信作为其技术领域之一，从20世纪70年代发展之初起，以其特有的便捷性、安全性、信息传输量大等优点而迅速发展，成为现在主要的通信手段之一。在未来的发展过程中，伴随着科学技术的不断发展与人们对通信技术要求的日趋严格，光纤通信技术必然会在突破现有的技术局限的同时不断向智能化等新的领域发展，涉及的范围更广，技术更新更难，影响力和影响面也更宽，势必会对整个电信网和信息业产生更加深远的影响。它的演变和发展结果将会在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局，也会对未来的国民经济产生巨大影响。