光纖通信技術(shù)現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)分析

趙江波　劉靜偉

摘要：近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，光纖通信技術(shù)也逐步成熟。作為信息傳遞方式的光纖通信技術(shù)，其本身憑借損耗低、容量大、抗干擾性強(qiáng)等特征，已成為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)媒介，目前在日常生活中占據(jù)著舉足輕重的地位。文章通過(guò)對(duì)光纖通信技術(shù)的概述及特征分析，重點(diǎn)研究該技術(shù)的發(fā)展歷程和當(dāng)前研究現(xiàn)狀，最終對(duì)現(xiàn)階段光纖通信技術(shù)研究熱點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，希望對(duì)光纖通信業(yè)的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：光纖通信；發(fā)展現(xiàn)狀；研究熱點(diǎn)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于信息傳輸、處理速度的要求日趨提升，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸普及，使得通信技術(shù)研究更為重要，信息化高速公路建設(shè)已成為通信行業(yè)發(fā)展的整體趨勢(shì)。光纖通信技術(shù)依賴(lài)其高速度、高容量、高精確的特點(diǎn)，必將成為未來(lái)通信行業(yè)發(fā)展的主要方向。光纖通信主要通過(guò)光導(dǎo)纖維進(jìn)行信號(hào)的傳輸。其主體由包層和內(nèi)芯構(gòu)成，包層用于保護(hù)內(nèi)芯，而內(nèi)芯較細(xì)，屬微米級(jí)，多束光纖聚集形成光纜。目前，光纖通信技術(shù)已成為信息產(chǎn)業(yè)的重要支柱和發(fā)展核心。

1光纖通信技術(shù)概述及特點(diǎn)

1.1光纖通信技術(shù)概述

光纖通信系統(tǒng)整體由數(shù)量眾多的光纖組成，其主要制作材料為玻璃，本身屬電氣絕緣體，無(wú)需考慮接地回路問(wèn)題。自光纖通信技術(shù)研發(fā)開(kāi)始，該技術(shù)憑借良好的性能而發(fā)展迅猛，尤其在現(xiàn)今信息大爆炸時(shí)代，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于通信行業(yè)的發(fā)展乃至整個(gè)社會(huì)的變革做出了巨大的貢獻(xiàn)。

1.2光纖通信的特征

1.2.1通信寬頻帶，容量高

在單一波段光纖通信系統(tǒng)中，光纖通常會(huì)受到終端設(shè)備的影響，無(wú)法將寬頻帶這一特點(diǎn)充分表現(xiàn)，而通過(guò)光纖通信傳輸技術(shù)，這一缺陷可以得到完美解決。光纖通信的寬頻帶、高容量特點(diǎn)對(duì)于信息的傳輸意義重大，能夠滿(mǎn)足未來(lái)寬帶綜合業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

1.2.2低損耗，中繼距離長(zhǎng)

相較于其他傳輸介質(zhì)而言，實(shí)用石英材質(zhì)光纖損耗可在0.2dB/km以下，遠(yuǎn)小于其他介質(zhì)，即使將來(lái)應(yīng)用非石英材質(zhì)光纖，其損害值也在10-9dB/km左右。光纖低損耗的特點(diǎn)便決定了光纖通信可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)的中繼距離，實(shí)際建設(shè)過(guò)程中可以大幅度降低通信系統(tǒng)成本，有利于提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2.3強(qiáng)抗干擾性能

制作光纖的材質(zhì)具有絕緣性能，受到雷電、電離層等的干擾作用較弱，也可以一定程度上抵抗電氣化設(shè)備和高壓設(shè)備等工業(yè)電氣造成的干擾，可用于與高壓輸電線進(jìn)行平行架設(shè)、或者與電力導(dǎo)體復(fù)合組成復(fù)合型光纜進(jìn)行通信傳輸。光纖這一良好的抗干擾性能決定了其可廣泛應(yīng)用于軍事、電氣等領(lǐng)域中。

1.2.4無(wú)串音干擾，保密性強(qiáng)

傳統(tǒng)通信傳輸過(guò)程中，載體承載信息極易被竊取泄露，所以傳統(tǒng)通信傳輸?shù)男畔⒈Ｃ苄Ч^差。而光纖通信傳輸過(guò)程中，不存在干擾現(xiàn)象，信息很難從光纖中泄露。光波在轉(zhuǎn)彎處，由于彎曲半徑過(guò)小，容易泄露，但其強(qiáng)度也十分微弱。對(duì)于該問(wèn)題，可采用涂敷消光劑措施消除，這樣既可實(shí)現(xiàn)信息的保密，也能夠滿(mǎn)足屏蔽串音干擾問(wèn)題。

1.2.5線徑細(xì)、重量小

光纖內(nèi)芯半徑約0.1mm左右，為單管同軸電纜的1%。線徑低這一特點(diǎn)使得整個(gè)傳輸系統(tǒng)占用空間小，具備節(jié)約地下管道資源、減少占地面積的優(yōu)點(diǎn)。此外，光纖屬玻璃材質(zhì)，重量極輕，構(gòu)成的光纜重量也較小，1m單管同軸電纜重量為11kg，而同容量下光纜僅為90g。

2光纖通信技術(shù)發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

2.1光纖通信技術(shù)發(fā)展歷程

光纖通信技術(shù)研發(fā)開(kāi)始于二十世紀(jì)五六十年代，正處于第三次工業(yè)革命時(shí)期，最早研制的光纖損耗率為每千米358分貝。數(shù)年后，英國(guó)通信研究所科學(xué)家在理論上推測(cè)光纖通信最低損耗可降至每千米19分貝；隨后日本科研人員成功研發(fā)出損耗率為每千米100分貝的光纖，較最初產(chǎn)品降低了50%以上。英國(guó)緊接著研制出了每千米損耗20分貝以下的石英光纖。而最新研發(fā)的摻鍺石英光纖損耗為每千米0.2分貝，已接近理論損耗極限值。

從20世紀(jì)中葉開(kāi)始，光纖通信技術(shù)已經(jīng)過(guò)了幾十年的研究，尤其在近十幾年中，該技術(shù)達(dá)到了長(zhǎng)足的發(fā)展，新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)意義上的通信能力大幅度提升，技術(shù)應(yīng)用范圍更為廣泛。光纖通信技術(shù)已由單一的通信行業(yè)逐步轉(zhuǎn)向多元化層次，在社會(huì)各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。

作為信息通信史上的一次重大變革，光纖通信技術(shù)從誕生的時(shí)刻開(kāi)始便被賦予了強(qiáng)大的生命力。幾十年的開(kāi)發(fā)研究，光纖通信技術(shù)經(jīng)歷了從提出理論，到在工程領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)踐，再到高速光纖通信普及的發(fā)展歷程，光纖通信技術(shù)發(fā)展大致上可分為5個(gè)階段：（1）波段為850納米的多模光波；（2）波段為1310納米的多模光纖；（3）1310納米單模光纖；（4）1550納米單模光纖；（5）長(zhǎng)距離傳輸光纖通信技術(shù)。

2.2光纖通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

光纖技術(shù)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了光纖通信技術(shù)領(lǐng)域的變革。現(xiàn)階段，光纖通信技術(shù)的主要發(fā)展方向?yàn)楦咚俾?、大容量傳輸，因此光纖本身的優(yōu)勢(shì)可以在實(shí)際應(yīng)中進(jìn)一步體現(xiàn)出來(lái)，得到人們的認(rèn)可并廣泛使用。隨著科技水平的提升和通信行業(yè)的發(fā)展，光纖通信必將走向成熟并涌現(xiàn)出更多新技術(shù)，發(fā)展前景遠(yuǎn)大。

2.2.1光纖接入技術(shù)充分發(fā)展

傳統(tǒng)的通信技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的通信業(yè)務(wù)需求，其更需要速率更高、技術(shù)性更強(qiáng)的通信技術(shù)來(lái)適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)節(jié)奏。因此，光纖接入技術(shù)逐漸發(fā)展完善。光纖接入網(wǎng)主要分成主干和用戶(hù)接入網(wǎng)兩部分。光纖接入技術(shù)可以從根本上解決信息傳輸速度難題，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)信息高速傳輸。目前，光纖接入的最終方式為FTTH（光纖到戶(hù)），支持全光接入，光纖寬帶特性充分展現(xiàn)，可提供無(wú)限制帶寬，滿(mǎn)足人們的工作生活需求。

2.2.2波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用

波分復(fù)用技術(shù)基本原理在于不同波長(zhǎng)光信號(hào)于發(fā)送始端組合，耦合后在光纜線路中一根光纖上傳輸，到達(dá)接收端后，將組合波光信號(hào)分離，經(jīng)處理恢復(fù)到原形態(tài)后，出送到各個(gè)終端。該技術(shù)現(xiàn)階段研究最多、發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。目前己逐步成熟，在通信系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。

2.2.3技術(shù)存在難題，市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈不完善

目前來(lái)說(shuō)，光纖通信技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，傳輸和交換各階段技術(shù)均在一定程度上得到提升。但網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)的徹底改變，激化了光傳輸與交換技術(shù)的矛盾，如何實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)融合，已成為光纖通信技術(shù)的一項(xiàng)難題。

由于光纖通信市場(chǎng)的形成發(fā)展時(shí)間并不長(zhǎng)，其產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展完善還需要一段時(shí)間。除帶寬提升外，如何擴(kuò)大用戶(hù)的帶寬需求也是產(chǎn)業(yè)鏈完善的重點(diǎn)內(nèi)容。當(dāng)前現(xiàn)狀為絕大多數(shù)上網(wǎng)用戶(hù)傾向于瀏覽新聞、電子郵箱等等，很少存在大量使用高帶寬服務(wù)現(xiàn)象。因此，光纖通信市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的完善還需運(yùn)營(yíng)商和用戶(hù)的共同努力。

2.2.4對(duì)應(yīng)政策相對(duì)落后

雖然，當(dāng)前光纖通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一定的階段，但國(guó)家政策方面并未出臺(tái)一個(gè)相對(duì)完善的管理發(fā)展體系，各地區(qū)光纖通信技術(shù)的發(fā)展處于一盤(pán)散沙狀態(tài)，缺乏政府的鼓勵(lì)性?xún)?yōu)惠措施和法律法規(guī)的制約。

3光纖通信技術(shù)研究熱點(diǎn)分析

3.1追求超長(zhǎng)距離、超大容量傳輸

波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)極大地提升了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量與容量，現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)已面向更加遠(yuǎn)大的目標(biāo)，逐漸追求超大容量、超長(zhǎng)距離傳輸效果。近年來(lái)波分復(fù)用技術(shù)逐步從長(zhǎng)途網(wǎng)擴(kuò)展向城域網(wǎng)，產(chǎn)生了粗波分復(fù)用，并以其低成本、短距離、超大容量等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。而密集波分復(fù)用技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用技術(shù)的相結(jié)合理論的提出，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通信系統(tǒng)容量和速率的進(jìn)一步提升，達(dá)到Tbit/s速度傳輸，而多光時(shí)分復(fù)用信號(hào)可以更大程度上提升傳輸容量。目前該類(lèi)技術(shù)正處于研究熱門(mén)階段。

3.2光孤子通信系統(tǒng)

光波傳遞過(guò)程中易發(fā)生色散現(xiàn)象產(chǎn)生損耗，使得在光纖通信過(guò)程中傳輸容量和距離受到一定程度的限制，也制約了光纖制作工藝的研發(fā)。經(jīng)科研人員的不懈探索，最終發(fā)現(xiàn)色散現(xiàn)象可以被光纖非線性效應(yīng)產(chǎn)生的電弧子抵消，從而解決了光波傳輸損耗難題。光弧子通信技術(shù)的研究是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，也是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ耐ㄐ偶夹g(shù)。

3.3新一代光纖研發(fā)

新形勢(shì)下，通信行業(yè)的高速發(fā)展必須依賴(lài)于光纖的更新?lián)Q代，因此，加大新一代光纖的研發(fā)也將成為光纖通信技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。通信行業(yè)中在光纖研制方面已取得一定的突破，其基于干線網(wǎng)和城域網(wǎng)需求，已研制出了非零色散光纖和全波光纖，尤其是全波光纖，將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。此外，BPON技術(shù)對(duì)于通信技術(shù)的影響也頗深，但現(xiàn)階段其距離實(shí)際應(yīng)用仍有一段距離，需要一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展歷程。

3.4全光網(wǎng)絡(luò)

作為光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，全光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)一直是科研人員們努力的目標(biāo)，通信行業(yè)的未來(lái)也必將屬于全光網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前，傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)雖節(jié)點(diǎn)光化，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)依然采用電器件，通信網(wǎng)絡(luò)容量提高受限。因此，全光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)已成為一個(gè)重點(diǎn)研究課題，特點(diǎn)在于全光網(wǎng)絡(luò)透明性良好，又兼具開(kāi)放性，兼容性能好，可提供巨大帶寬和超大容量，而且全光網(wǎng)絡(luò)處理速度快，誤碼率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活。目前，全光網(wǎng)絡(luò)尚處于研發(fā)階段，只取得了初步的成果，卻展現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。

4結(jié)語(yǔ)

信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展可以推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)程，而光纖通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重點(diǎn)支撐，其必將在未來(lái)通信行業(yè)的發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。在21世紀(jì)的今天，光纖通信技術(shù)即將迎來(lái)一個(gè)嶄新的全速發(fā)展時(shí)代，高速率、大容量、性能好的全光網(wǎng)絡(luò)將逐漸普及，最終推動(dòng)通信行業(yè)的變革，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。