基于現(xiàn)代技術(shù)角度下對光纖通訊傳輸技術(shù)的研究

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【摘 要】光纖通信在我國已有近30年的使用歷史。近年來，光纖通信得到了長足的發(fā)展，大幅提高了通信能力?；诟黝I(lǐng)域?qū)π畔⒘康男枨蟛粩嘣鲩L，對目前光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢也備受關(guān)注。本文主要對我國光纖通信傳輸技術(shù)進(jìn)行分析及簡述。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代；光纖通訊技術(shù)

0.前言

光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命，近年來隨著技術(shù)的進(jìn)步，光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的新局面。而光纖傳輸技術(shù)就是一種全新的傳輸技術(shù)，這種技術(shù)現(xiàn)在得到了很廣泛的應(yīng)用，接下來我們就對這個(gè)問題進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.光纖通訊傳輸技術(shù)概述

1.1光纖通訊技術(shù)概念

光纖通訊也作光纖通信，它是以光波作為信息載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的通信方式。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素有光纖、光源和光檢測器。光纖按用途進(jìn)行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。光纖通訊屬于有線通信的一種。光經(jīng)過調(diào)變后便能攜帶資訊。光纖通信具有傳輸容量大，保密性好等優(yōu)點(diǎn)。光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)今最主要的有線通信方式。將需傳送的信息在發(fā)送端輸入到發(fā)送機(jī)中，將信息疊加或調(diào)制到作為信息信號(hào)載體的載波上，然后將已調(diào)制的載波通過傳輸媒質(zhì)傳送到遠(yuǎn)處的接收端，由接收機(jī)解調(diào)出原來的信息。

1.2光纖通訊技術(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的銅芯材質(zhì)相比，光纖通訊技術(shù)具有很多優(yōu)勢。光導(dǎo)纖維是由硅石玻璃做的，而電線銅芯顧名思義是由銅做的，金屬自然比硅石玻璃貴，故光導(dǎo)纖維其材料成本低；而且由于硅石玻璃的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬銅，因此在安裝和使用維修上都要更簡單方便些，光纜輕且體積小易于施工，很容易裝入空間狹小的電纜管道，并且對于極端環(huán)境如干、冷、濕、熱等情況都能適應(yīng)。

1.3光纖通訊技術(shù)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代的光纖通訊系統(tǒng)多半包括一個(gè)發(fā)射器，將電訊號(hào)轉(zhuǎn)換成光訊號(hào)，再透過光纖將光訊號(hào)傳遞。光纖多半埋在地下，連接不同的建筑物。系統(tǒng)中還包括數(shù)種光放大器，以及一個(gè)光接收器將光訊號(hào)轉(zhuǎn)換回電訊號(hào)。在光纖通訊系統(tǒng)中傳遞的多半是數(shù)位訊號(hào)，來源包括電腦、電話系統(tǒng)，或是有線電視系統(tǒng)。

2.光纖通訊核心結(jié)構(gòu)及技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的電氣信號(hào)傳遞資訊而言，光纖通訊的核心結(jié)構(gòu)和技術(shù)都有了很大程度的改變，彌補(bǔ)了很多電氣信號(hào)傳遞、維修、能耗和成本等各方面的劣勢。下面我們就主要介紹幾個(gè)光纖通訊的核心結(jié)構(gòu)及技術(shù)。

2.1光纖通訊技術(shù)中的發(fā)射器

在光纖通訊系統(tǒng)中通常作為光源的半導(dǎo)體元件是發(fā)光二極管（LED）或是雷射二極管。LED與雷射二極管的主要差異在于前者所發(fā)出的光為非同調(diào)性，而后者則為同調(diào)性的光。使用半導(dǎo)體作為光源的好處是體積小、發(fā)光效率高、可靠度佳，以及可以將波長最佳化，更重要的是半導(dǎo)體光源可以在高頻操作下直接調(diào)變，非常適合光纖通訊系統(tǒng)的需求。

常用于光通訊的LED主要材料是砷化鎵或是砷化鎵磷，后者的發(fā)光波長為1300納米左右，比砷化鎵的810納米至870納米更適合用在光纖通訊。LED通常用在傳輸速率10Mb/s至100Mb/s的局域網(wǎng)路，傳輸距離也在數(shù)公里之內(nèi)。目前也有LED內(nèi)包含了數(shù)個(gè)量子井的結(jié)構(gòu)，使得LED可以發(fā)出不同波長的光，涵蓋較寬的頻譜，這種LED被廣泛應(yīng)用在區(qū)域性的波長分波多工網(wǎng)絡(luò)中。

半導(dǎo)體雷射的輸出功率通常在100微瓦特（mV）左右，而且為同調(diào)性質(zhì)的光源，方向性相對而言較強(qiáng)，通常和單模光纖的耦合效率可達(dá)50%。雷射的輸出頻譜較窄，也有助于增加傳輸速率以及降低模態(tài)色散。

2.2光導(dǎo)纖維

光纖纜線包含一個(gè)核心，包層以及外層的保護(hù)被覆。核心與折射率較高的纖殼通常用高品質(zhì)的硅石玻璃制成，但是現(xiàn)在也有使用塑膠作為材質(zhì)的光纖。又因?yàn)楣饫w的外層有經(jīng)過紫外線固化后的壓克力被覆，可以如銅纜一樣埋藏于地下，不需要太多維護(hù)費(fèi)用。然而，如果光纖被彎折的太過劇烈，仍然有折斷的危險(xiǎn)。而且因?yàn)楣饫w兩端連接需要十分精密的校準(zhǔn)，所以折斷的光纖也難以重新接合。

我國已在干線上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括 G.652 光纖和 G.655 光纖。G.653 光纖雖然在我國曾經(jīng)采用過，但今后不會(huì)再發(fā)展。G.654 光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統(tǒng)容量，它在我國的陸地光纜中沒有使用過。干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶，干線光纜主要用于室外。

2.3光放大技術(shù)

光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個(gè)非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。過去光纖通訊的距離限制主要根源于訊號(hào)在光纖內(nèi)的衰減以及訊號(hào)變形，而解決的方式是利用光電轉(zhuǎn)換的中繼器。這種中繼器先將光訊號(hào)轉(zhuǎn)回電訊號(hào)放大后再轉(zhuǎn)換成較強(qiáng)的光訊號(hào)傳往下一個(gè)中繼器，然而這樣的系統(tǒng)架構(gòu)無疑較為復(fù)雜，不適用于新一代的波長分波多工技術(shù)，同時(shí)每隔20公里就需要一個(gè)中繼器，讓整個(gè)系統(tǒng)的成本也難以降低。但是有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。其原理是在一段光纖內(nèi)摻雜，稀土族元素如鉺，再以短波長雷射激發(fā)，這樣便能放大光訊號(hào)，取代中繼器從而大大降低成本。

2.4光交換

以往，我們所構(gòu)建的通信網(wǎng)一般采用的是金屬線纜.在線路中傳輸?shù)闹饕獮殡娮有盘?hào)，并通過電子交換機(jī)進(jìn)行電子信號(hào)交換.但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)在的通信網(wǎng)采用的是光纖.一般在光網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⑺俣榷急容^快，這種狀況下電子開關(guān)根本不能對其形成有效的控制，只能在低次群中進(jìn)行電子交換。但是如果我們采取光交換，就可以在高速信號(hào)中進(jìn)行交換。在我國的數(shù)據(jù)網(wǎng)中信號(hào)主要的形式是“包”，交換方式也是“包交換”。這種信號(hào)的顆粒相對較小，所以可以使用電子交換的方式。但是，在骨節(jié)位置我們最好還是要使用光交換。

光交換主要分為三種方式，即“空分”“時(shí)分”以及“波長交換”。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中光纖通信是一般選擇波長交換的這種方式。這種方式賦予各個(gè)交換對象具體的波長，只要我們發(fā)出某一個(gè)特定的波長就可以和相應(yīng)的對象進(jìn)行通信。開發(fā)和使用可變的波長光源就是這種方式的關(guān)鍵。我們采用這兩種方式就可以建立較為靈活的光交換網(wǎng)。

2.5波長分波多工技術(shù)

波長分波多工的實(shí)際做法就是將光纖的工作波長分割成多個(gè)通道，使其能在同一條光纖內(nèi)傳輸更大量的資料。一個(gè)完整的波長分波多工系統(tǒng)分為發(fā)射端的波長分波多工器以及在接收端的波長分波解多工器，最常用于波長分波多工系統(tǒng)的元件是陣列波導(dǎo)光柵。而目前市面上已經(jīng)有商用的波長分波多工器/解多工器，最多可將光纖通訊系統(tǒng)劃分成80個(gè)通道，也使得資料傳輸?shù)乃俾室幌伦泳屯黄芓b/s的等級(jí)。

3.結(jié)語

1990年至2000年間，光纖通訊產(chǎn)業(yè)受到因特網(wǎng)泡沫的影響而大幅成長。此外一些新興的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如隨選視訊使得因特網(wǎng)帶寬的成長甚至超過摩爾定律，所預(yù)期集成電路芯片中晶體管增加的速率。而自因特網(wǎng)泡沫破滅至2006年為止，光纖通訊產(chǎn)業(yè)透過企業(yè)整并壯大規(guī)模，以及委外生產(chǎn)的方式降低成本來延續(xù)生命。雖然光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得到了極大的發(fā)展，但是還有許多未知等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。隨著信息需求的持續(xù)增加，光纖通訊技術(shù)的研究和應(yīng)用也必然會(huì)得到更大的發(fā)展?，F(xiàn)在光纖技術(shù)的的發(fā)展前沿就是全光網(wǎng)絡(luò)，使光通信完全的代替電信號(hào)通訊系統(tǒng)，當(dāng)然，這還有很長的路要走，我們?nèi)孕璨粩嗵剿鳌?/p>

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