第一篇：光纖通信技術的發展史

淺談光纖通信技術的發展史

摘要：文章介紹了光纖通信的發展歷程、發展現狀，并對光纖通信技術的發展趨勢進行了展望。關鍵詞：光纖通信，波分復用，光接入網，全光網

Abstract:The paper summaries the development history and current situation of optical fiber communication,and then outlines the development trend of communication in the future.Key words:Optical Fiber Communication,WDM Optical Access Network,All-Optical Network

前言：1966年7月，出生于上海的英籍華人高錕（C.K.KA）博士提出:“只要設法降低玻璃纖維中的雜質，就能夠獲得能用于通信的傳輸損耗較低的光導纖維。”2009年這一成就獲諾貝爾獎。

光纖通信技術是指把光波作為信息傳輸的載波，以光纖作為信息傳輸的媒介，將信息進行點對點發送的現代通信方式。

1.光纖通信的主要特點

?頻帶極寬，通信容量大

在光纖技術中，光纖可以容納50000GHz 傳輸帶寬，光纖通信系統的容許頻帶（帶寬）是由光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性決定的。例如：單波長光纖通信系統一般是使用密集波分復用等一些復雜的技術，以便解決通信設備的電子瓶頸效應的問題，保證光纖寬帶可以發揮更積極的作用，從而增加光纖的信息傳輸量。目前，單波長光纖通信系統的傳輸率已經得到了2.5Gbps到10Gbps。

?抗電磁干擾能力強

光纖的制作材料主要是石英，其絕緣性好，抗腐蝕能力強。因此，光纖有較強的抗電磁干擾能力，且不受雷電、電離層的變化和太陽黑子活動等電磁影響，也不會被人為釋放的電磁所干擾，這就是石英這種通信材料的最大優勢。除以上有點之外，光纖體積小、質量輕，不僅可以節省空間，還便于安裝；光纖的制作材料資源豐富，成本低；光纖的溫度穩定性好，使用壽命長。由于光纖通信的優點很多，使其使用范圍也不斷擴寬。從以上光纖通信技術的發展歷程，可以把光纖通信技術大致分為五個階段，即850納米波段的多模光波，到1310納米多模光纖，1310納米單模光纖，到再到1550納米單模光纖，最后是長距離進行傳輸的光纖通信技術。還有可以有效節約有色金屬；此外，還有光纜尺寸小，便于安裝和運輸等優點。

2光纖通信技術

隨著通信發展的需要，各種光纖通信技術也相繼出現。

?復用技術。

光傳輸系統中,要提高光纖帶寬的利用率,必須依靠多信道系統。常用的復用方式有:時分復用(TDM)、波分復用(WDM)、頻分復用(FDM)、空分復用(SDM)和碼分復用(CDM)。它能幾十倍上百倍地提高傳輸容量。

?寬帶放大器技術。摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM技術實用化的關鍵,它具有對偏振不敏感、無串擾、噪聲接近量子噪聲極限等優點。但是普通的EDFA放大帶寬較窄,約有35nm(1530~1565nm),這就限制了能容納的波長信道數。進一步提高傳輸容量、增大光放大器帶寬的方法有:(1)摻餌氟化物光纖放大器(EDFFA),它可實現75nm的放大帶寬;(2)碲化物光纖放大器,它可實現76nm的放大帶寬;(3)控制摻餌光纖放大器與普通的EDFA組合起來,可放大帶寬約80nm;(4)拉曼光纖放大器(RFA),它可在任何波長處提供增益,將拉曼放大器與EDFA結合起來,可放大帶寬大于100nm。

?色散補償技術。對高速信道來說,在1550nm波段約18ps(mmokm)的色散將導致脈沖展寬而引起誤碼,限制高速信號長距離傳輸。對采用常規光纖的10Gbit/s系統來說,色散限制僅僅為50km。因此,長距離傳輸中必須采用色散補償技術。

④孤子WDM傳輸技術。超大容量傳輸系統中,色散是限制傳輸距離和容量的一個主要因素。在高速光纖通信系統中,使用孤子傳輸技術的好處是可以利用光纖本身的非線性來平衡光纖的色散,因而可以顯著增加無中繼傳

輸距離。孤子還有抗干擾能力強、能抑制極化模色散等優點。色散管理和孤子技術的結合,凸出了以往孤子只在長距離傳輸上具有的優勢,繼而向高速、、寬帶長距離方向發展。

⑤光纖接入技術。隨著通信業務量的增加,業務種類更加豐富。人們不僅需要語音業務,而且高速數據、已得到用戶青睞。這些業務不僅要有寬帶的主干傳輸網絡,用戶接人部分更是關鍵。傳統的接入方式已經滿足不了需求,只有帶寬能力強的光纖接人才能將瓶頸打開,核心網和城域網的容量潛力才能真正發揮出來。光纖接入中極有優勢的PON技術早就出現了,它可與多種技術相結合,例如ATM、正在探索中的現代光纖通信技術還有單纖雙向傳輸技術、光網絡的智能化、全光網絡、光器件的集成化等等。

3.光纖通信的應用

?廣播電視網中的應用。近年來，隨著光纖通信技術越來越成熟，應用的范圍也越來越廣。在廣播電視領域，光纖作為廣播電視信號傳輸的載體，以光纖網絡為基礎的網絡建設的格局已經形成。光纖傳輸系統具有傳輸頻帶寬，容量大，損耗低，串擾小，抗干擾能力強等特點，傳輸過程中不會有中繼引起的噪聲，而影響信號質量，更不會因為接收時信號延時較大，而輕易受干擾。光纖傳輸系統具有這么多優勢，已經成為城市最可靠的數字電視和數據傳輸的鏈路，也是實現直播或兩地傳送最經常的電視傳送方式。

?電力通信網中的應用。隨著光纖在通信網絡中的廣泛應用，我國很多地區的電力專用通信網也基本完成了從主干線到接入網向光纖過渡的過程。目前，電力系統光纖通信網已經成為我國規模較大、發展較為完善的專用通信網，其數據、語音、寬帶等電信業務及電力生產通信保障著電力系統安全穩定運行，電力系統生產生活己離不開光纖通信網。現在，由于電力特殊光纜制造及工程設計技術已經成熟，特別是OPGW和ADSS技術已經開始大規模的應用在國內電力特殊光纜通信中，特別是在大的輸電工程長距離主干OPGW光纜線路中應用的作用更明顯。

?電信干線傳輸網中的應用。隨著我國光通信產業發展，各大專業通信網急速擴展，對信號傳輸提出了更高的要求。光纖通信因其自身優勢而能夠滿足各種復雜的通信業務要求，而成為首選通信方式。目前，我國己建成以北京為中心向四面八方面各個方向輻射的長途干線光纖網，“八縱八橫”全國光纖通信網已建成。八橫八縱”1988年在原郵電部是“的主導下開始的建設的大容量光纖通信干線傳輸網工程項目，這個傳輸網覆蓋全國省會以上城市，22條光纜干線，有總長達33000公里。隨著我國通信事業的迅速發展，以光纖通信為基礎的傳輸網絡還會建設的更多。

4、光纖通信技術的發展趨勢

對光纖通信而言,超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標,光纖到戶和全光網絡也是人們追求的夢想。現在移動通信發展速度驚人,因其帶寬有限,終端體積不可能太大,顯示屏幕受限等因素,人們依然追求陸能相對占優的固定終端,希望實現光纖到戶。光纖到戶的魅力

在于它有極大的帶寬,它是解決從互聯網主干網到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現象的最佳方案。隨著技術的更新換代,光纖到戶的成本大大降低,不久可降到與DSL和HFC網相當,這使FITH的實用化成為可能。傳統的光網絡實現了節點間的全光化,但在網絡結點處仍用電器件,限制了目前通信網干線總容量的提高,因此真正的全光網絡成為非常重要的課題。全光網絡以光節點代替電節點,節點之間也是全光化,信息始終以光的形式進行傳輸與交換,交換機對用戶信息的處理不再按比特進行,而是根據其波長來決定路由。全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴展性,并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率,網絡結構簡單,組網非常靈活,可以隨時增加新節點而不必安裝信號的交換和處理設備。當然全光網絡的發展并不可能獨立于眾多通信技術,它必須要與因特網、ATM網、移動通信網等相融合。目前全光網絡的發展仍處于初期階段,但已顯示出良好的發展前景。從發展趨勢上看,形成一個真正的、WDM技術與光 以交換技術為主的光網絡層,建立純粹的全光網絡,消除電光瓶頸已成未來光通信發展的必然趨勢,更是未來信息網絡的核心,也是通信技術發展的最高級別,更是理想級別。

光纖通信技術現已作為一種重要的現代信息傳輸技術之一，在現在的信息社會背景下得到了普遍意義上的應用，在全球通信領域及相關行業在全球處于非常低迷的狀態時，光纖通信技術仍得到了一些發展。依照我國現行的通信技術領域的發展模式，光纖通信技術的應用必會代替一切其他的信息傳送方式，而成為未來通信領域發展的主流技術，帶領人類進入全光時代。

我國光纖通信技術的發展情況。隨著近十多年通信業的大發展，我國光纖光纜產業取得了長足進步，逐步形成了涵蓋PCVD、MCVD、VAD、OVD等多種生產工藝的企業群體。1988年以后，全球海底線纜都以光纖鋪設。全球光纜系統總長度已逾10億千米。2000年我國干線光纜已達38萬千米含770萬芯千米，超過1998年美國的擁有量。另外，專用網亦在各自建設縱橫交叉的骨干網。截至2008年，全國光纜線路長度達677萬千米（合計：

1.5億芯千米），平均每根光纜約22芯。今后光纖技術的發展方向是：單模光纖繼續針對干線應用，優化其高速率大容量長距離傳輸性能；針對接入網，除了單模光纖，多模光纖、塑料光纖會有進一步的發展。

結束語：光纖通信技術現已作為一種重要的現代信息傳輸技術之一，在現在的信息社會背景下得到了普遍意義上的應用，在全球通信領域及相關行業在全球處于非常低迷的狀態時，光纖通信技術仍得到了一些發展。依照我國現行的通信技術領域的發展模式，光纖通信技術的應用必會代替一切其他的信息傳送方式，而成為未來通信領域發展的主流技術，帶領人類進入全光時代。

參考文獻：

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第二篇：光纖通信技術的發展史及其現狀

光纖通信技術的發展史及其現狀

制作學生：孔露森 學號 22201333321015

5【內容摘要】

光纖通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纖通信能實際應用到人類傳輸信息中并不是一帆風順的，其發展中經歷了很多技術難關，解決了這些技術難題，光纖通信才能進一步發展。

本文從光源及傳輸介質、光電子器件、光纖通信系統的發展來展示光纖通信技術的發展。

【關鍵詞】

光纖通信技術光纖光纜 光有源器件 光無源器件 光纖通信系統

【正文】

光自身固有的優點注定了它在人類歷史上充當不可忽略的角色，隨著人類技術的發展，其應用越來越廣泛，優點也越來越突出。

光纖通信是將要傳送的圖像、數據等信號調制到光載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點。

將優點突出的光纖通信真正應用到人類生活中去，和很多技術一樣，都需要一個發展的過程。

光纖通信技術的形成

早期的光通信

光無處不在，這句話毫不夸張。在人類發展的早期，人類已經開始使用光傳遞信息了，這樣的例子有很多。

打手勢是一種目視形式的光通信，在黑暗中不能進行。白天太陽充當這個傳輸系統的光源，太陽輻射攜帶發送者的信息傳送給接收者，手的動作調制光波，人的眼睛充當檢測器。

另外，3000多年前就有的烽火臺，直到目前仍然使用的信號燈、旗語等都可以看作是原始形式的光通信。望遠鏡的出現則又極大地延長了這類目視形式的光通信的距離。

這類光通信方式有一個顯著的缺點，就是它們能夠傳輸的容量極其有限。近代歷史上，早在1880年，美國的貝爾（Bell）發明了“光電話”。這種光電話利用太陽光或弧光燈作光源，通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動鏡片上，使光強度隨話音的變化而變化，實現話音對光強度的調制。在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上，使光信號變換為電流傳送到受話器。

光電話并未能在人類生活中得到實際的使用，這主要是因為當時沒有合適的光源和傳輸介質。其所利用的自然光為非相干光，方向性不好，不易調制和傳輸；而以空氣作為傳輸介質，損耗會很大，無法實現遠距離傳輸，又易受天氣影響，通信極不穩定可靠。

如此看來，這種光電話并沒有太大的實際應用價值，然而，我們不得不說，光電話仍是一項偉大的發明，它的出現證明了用光波作為載波傳輸信息是可行的，因此，把貝爾光電話稱為現代光通信的雛形毫不過分。

現代光纖通信技術的形成

隨著社會的發展，信息傳輸與交換量與日俱增，傳統的通信方式已不能滿足人們的需要。為了擴大通信容量，通信方式從中波、短波發展到微波、毫米波，這實際上就是通過提高通通信載波頻率來擴大通信容量的。

繼續提高頻率，達到光波波段，光波是人們最熟悉的電磁波，其波長在微米級，而頻率則為Hz數量級，這比常用的微波頻率高～倍。如此看來，用光波作為載波進行通信，通信容量將大大超過傳統通信方式。

要發展光通信，最重要的問題就是要尋找適用于光通信的光源和傳輸介質。1970年，光纖和激光器這兩個科研成果同時問世，拉開了光纖通信的帷幕，所以我們把1970年稱為光纖通信的“元年”。

光源

1960年，美國的梅曼（max.book118.coman）發明了紅寶石激光器，它可以產生單色相干光，使高速信息的光調制成為可能。

和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。但是，紅寶石激光器發出的光束不容易耦合進光纖中傳輸，其耦合效率是極低的，因此需要研制小型化的激光光源。

1970年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司（NEC）和前蘇聯先后突破了半導體激光器在低溫（－200）或脈沖激勵條件下工作的限制，研制成功室溫下連續工作的鎵鋁砷（GaAlAs）雙異質結半導體激光器（短波長）。雖然壽命只有幾個小時，但其意義是重大的，它為半導體激光器的發展奠定了基礎。1973年，半導體激光器壽命達到10萬小時（約11.4年），外推壽命達到100萬小時，完全滿足實用化的要求。在這個期間，1976年日本電報電話公司研制成功發射波長為1.3 的銦鎵砷磷（InGaAsP）激光器，1979年美國電報電話（AT&T）公司和日本電報電話公司研制成功發射波長為1.55的連續振蕩半導體激光器。

激光器的發明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。

傳輸介質

大氣

1961～1970年，人們主要研究利用大氣傳輸光信號。美國麻省理工學院利用He-Ne激光器和激光器進行了大氣激光通信試驗。試驗證明用承載信息的光波通過大氣的傳播實現點對點的通信是可行的，但是大氣傳輸光通信存在很多嚴重的問題：

通信能力和質量受氣候影響十分嚴重。由于雨、霧、雪和大氣灰塵的吸收和散射，光波能量衰減很大。例如，雨能造成30dB/km的衰減，濃霧衰減高達120dB/km。

大氣的密度和溫度很不均勻，造成折射率的變化，加上大氣湍流的影響，光束位置可能會發生偏移和抖動。因而通信的距離和穩定性都受到極大的限制，不能實現“全天候”通信。

大氣傳輸設備要求設在高處，收、發設備必須直線可見。這種地理條件使得大氣傳輸通信的適用范圍具有很大的局限性。

雖然，固體激光器（例如摻釹釔鋁石榴石（Nd：YAG）激光器）的發明大大提高了發射光功率，延長了傳輸距離，使大氣激光通信可以在江河兩岸、海島之間和某些特定場合使用，但是大氣激光通信的穩定性和可靠性仍然沒有解決。

為了克服氣候對激光通信的影響，人們自然想到把激光束限制在特定的空間內傳輸。因而提出了透鏡波導和反射鏡波導的光波傳輸系統。透鏡波導是在金屬管內每隔一定距離安裝一個透鏡，每個透鏡把經傳輸的光束會聚到下一個透鏡而實現的。反射鏡波導和透射鏡波導相似，是用與光束傳輸方向成角的兩個平行反射鏡代替透鏡而構成的。

這兩種波導從理論上講是可行的，但在實際應用中遇到了不可克服的困難。首先，現場施工中校準和安裝十分復雜；其次，為了防止地面活動對波導的影響，必須把波導深埋或選擇在人車稀少的地區使用。

由于沒有找到穩定可靠和低損耗的傳輸介質，對光通信的研究曾一度走入了低潮。

光纖

為了發展光通信技術，人們又考慮和嘗試了各種傳輸介質，其中包括利用玻璃材料制成光導纖維來傳輸光信號，但是當時最好的光學玻璃材料的損耗在1000dB/km以上，這么高的傳輸損耗根本就無法用于通信。美籍華人高錕（max.book118.com）和霍克哈姆（max.book118.comham）發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了光纖通信的基礎。

1970年，光纖研制取得了重大突破。美國康寧 Corning 公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。因此，光纖通信開始可以和同軸電纜通信競爭，世界各國相繼投入大量人力物力，把光纖通信的研究開發推向一個新階段。

1972年，隨著光纖制備工藝中的原材料提純、制棒和拉絲技術水平的不斷提高，進而將梯度折射率多模光纖的衰減系數降至4dB/km。

1973年，美國貝爾實驗室研制的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降到了1.1dB/km。

1976年日本電報電話（NTT）公司等單位將光纖損耗降低到0.47dB/km（波長1.2）。

在以后的10年中，1.55波長處的光纖損耗（如圖2所示）：1979年是20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。

1976年，在進一步設法降低玻璃中的（氫氧根）含量時，發現光纖的衰減在長波max.book118.com低損耗窗口。

1976年，美國在亞特蘭大進行了世界上第一個實用光纖通信系統的現場試驗，系統采用GaAlAs激光器作為光源，多模光纖作為傳輸介質，速率為44.736Mbit/s、傳輸距離約10km，這一試驗使光纖通信向實用化邁出了第一步。

1980年，原材料提純和光纖制備工藝得到不斷完善，從而加快了光纖的傳輸max.book118.com.55的進程。特別是制出了低衰減光纖，max.book118.com/km，已接近理論值。與此同時，為促進光纖通信系統的實用化，人們又及時地開發出適用于長波長的光源，即激光器、發光管和光檢測器。應運而生的光纖成纜、光無源器件、性能測試及工程應用儀表等技術的日趨成熟，都為光纖光纜作為新的通信傳輸媒質奠定了良好的基礎。

1981年以后，世界各發達國家將光纖通信技術大規模地推入商用。歷經20余年的突飛猛進的發展，光纖通信速率已由1978年的45Mbit/s（例如美國MCI于1991年開通了Chicago至St.Louis全長275英里的4×10Gbit/s的商用光纖通信系統等）。

光纖通信技術現狀及其發展

從宏觀上來看，光纖通信主要包括光纖光纜、光電子器件及光通信系統設備等三個部分。

光纖光纜

光纖本身所固有的優點及其技術的進步使其成為當今社會信息傳輸的主要媒介。

展示了北美消費的光纜較多，占了全球近25%，其次為歐洲全球光纖的消費額逐年增加，由此看出，光纖的市場需求量在增加，其應用越來越廣。圖4展示了單模、多模光纖的消費額總體在增加，單模光纖的市場份額有所下降，多模光纖的應用則變得較為廣泛。

光電子器件 光有源器件 光檢測器

常見的光檢測器包括：PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。目前的光檢測器基本能滿足了光纖傳輸的要求，在實際的光接收機中，光纖傳來的信號及其微弱，有時只有1mW左右。為了得到較大的信號電流，人們希望靈敏度盡可能的高。

光電檢測器工作時，電信號完全不延遲是不可能的，但是必須限制在一個范圍之內，否則光電檢測器將不能工作。隨著光纖通信系統的傳輸速率不斷提高，超高速的傳輸對光電檢測器的響應速度的要求越來越高，對其制造技術提出了更高的要求。

由于光電檢測器是在極其微弱的信號條件下工作的，而且它又處于光接收機的最前端，如果在光電變換過程中引入的噪聲過大，則會使信噪比降低，影響重現原來的信號。因此，光電檢測器的噪聲要求很小。

另外，要求檢測器的主要性能盡可能不受或者少受外界溫度變化和環境變化的影響

光放大器

光放大器的出現使得我們可以省去傳統的長途光纖傳輸系統中不可缺少的光－－隨著半導體激光器特性的改善，首先出現了法布里－泊羅型半導體激光放大器，接著開始了對行波式半導體激光放大器的研究。另一方面，隨著光纖技術的發展，出現了光纖拉曼放大器。80年代后期，摻稀土元素的光纖放大器脫穎而出，并很快達到實用水平，應用于越洋的長途光通信系統中。目前能用于光纖通信的光放大器主要是半導體激光放大器和摻稀土金屬光纖放大器，特別是摻餌光纖放大器（EDFA）倍受青睞。1985年英國南安普頓大學首次研制成摻餌光纖，1989年以后摻餌光纖放大器的研究工作不斷取得重大突破。由于光纖放大器的問世，在1990年到1992年不到兩年的時間里，光纖系統的容量竟增加了一個數量級。而在1982年到1990年的8年時間里，光纖系統的容量才只增加了一個數量級。光放大器的作用和光纖傳輸容量的突飛猛進，為光纖通信展現了無限廣闊的發展前景。當前光纖通信系統工作在兩個低損耗窗口：max.book118.com。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。摻餌光纖放大器工作在1.55窗口，該窗口光纖損耗系數比1.31窗口低（僅0.2dBkm）。已商用的EDFA噪聲低，增益曲線好，放大器帶寬大，與波分復用（WDM）系統兼容，泵浦效率高，工作性能穩定，技術成熟，在現代長途高速光通信系統中備受青睞。摻鐠光纖放大器工作在1.31μm波段，已敷設的光纖90％都工作在這一窗口。PDFA對現有光通信線路的升級和擴容有重要的意義。目前已經研制出低噪聲、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不穩定，增益對溫度敏感，離實用還有一段距離。非線性的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破光纖拉曼放大器是利用光纖的非線性光學效應――受激拉曼散射效應產生的增益機理而對光信號進行放大的。其優點是傳輸線路與放大線路同為光纖，因此，放大器與線路的耦合損耗小，噪聲較低，增益穩定性較好。但需要很大的泵浦功率（數百毫瓦）和很長的光纖（數公里）。另外，光纖拉曼放大器的特性對光纖的偏振狀態十分敏感。因此，光纖拉曼放大器目前還不能用于光纖通信

光無源器件

光無源器件是光纖通信系統的重要組成部分，在光纖通信向大容量、高速率發展的今天，光無源器件顯得尤為重要。今年來，新材料、新工藝和新產品在不斷涌現，光無源器件正面臨一個迅速發展的時期。

光纖活動連接器

光纖（纜）活動連接器是實現光纖之間活動連接的光無源器件，它還具有將光纖與其他無源器件、光纖與有源器件、光纖與系統和儀表進行活動連接的功能。在進一步提高光纖活動連接器性能的基礎上，使其向小型化、集成化方向發展。

進一步提高光纖活動連接器性能指標

目前的插入損耗范圍在0.1dB～0.5dB，平均值為0.3dB，相對過高且變化范圍大。隨著加工精度的提高，爭取將平均值降到0.1dB以下，變化范圍縮小至0.2dB左右。改變插針端面的幾何形狀是提高回波損耗的有效手段。可以預期，端面為平面形狀的插針將會逐漸被淘汰，球面和斜球面的插針會同時存在，而且球面插針的需要量仍將占主要地位。此外，采用鍍膜工藝等新的加工技術來提高回波損耗可以降低零件的加工精度要求，并可提高兩接器的一致性和互換性。

小型化

隨著光纖接入網的發展，目前使用的連接器已顯示出體積過大、價格太貴的缺點，因此小型化是光纖活動連接器的發展方向。

光纖活動連接器小型化的一種方法是縮小單芯光纖連接器尺寸，開發小型化（SFF）的連接器，如瑞士Diamond公司的E-2000型連接器，美國朗訊公司的LC型連接器以及日本NTT公司的MU型連接器等，它們的插針直徑只有1.25mm。

連接器小型化的另一種方法是開發適應帶狀光纖的多芯光纖連接器，即MT型系列光纖連接器。帶狀光纜具有可集成的優勢，是今年來迅速發展的一個光纜品種，它具有以下優點：體積小、重量輕、密集度高；采用注塑成型，一致性好，適于大批量生產；具有較低的插入損耗；具有良好的穩定性。隨著干線網、用戶網和局域網的發展，帶狀光纜連接器將成為連接器發展的方向。

集成化

光纖活動器不僅僅只有連接功能，還具有其它功能，因此，集成化是其發展的一個重要方向。現在已經出現了一些集成化的多功能產品，如外形與各種變換器一樣的固定衰減器；既可作為FC型轉換器，又可以對光的衰減量連續可調（0～25dB）的小型可變衰減器等。

光纖活動連接器的集成化，不但增加了連接器的功能，而且更重要的是體高其它器件的密集度和可靠性，給使用者帶來極大方便。

固定連接器

固定連接器又稱固定接頭或接線子，它能夠把兩個光纖端面結合在一起，以實現光纖與光纖之間的永久性連接。固定接頭的制作方法按其工作原理有熔接法、V形槽法、毛細管法、套管法等。

光纖熔接機正朝著兩個方向發展：一是向全自動、多功能方向發展；二是向小型化、簡易化方向發展。目前普遍使用的全自動光纖熔接機設備笨重，價格昂貴。今后這一機型會朝著提高精度、降低成本、尤其是增加連接芯數的方向發展。

同時，隨著光纖應用領域的擴大及用戶不同的需要，對光纖熔接技術的要求也逐漸趨于多樣化。因此，研制小型和超小型熔接機就成為第二個發展方向。同時致力于多芯光纖熔接機和保偏光纖熔接機的研究生產。

對于其它幾種固定連接器而言，插入損耗和回波損耗這兩個指標上都落后于光纖熔接機所制作的固定接頭。要想提高這幾種接頭的加工精度，研制更適合的匹配液是一種比較有效的辦法，目前許多廠家正致力于這方面的研究。此外，V形槽和毛細管結構比光纖熔接機更容易實現帶狀光纖與光波導陣列、光有源器件陣列的固定連接，可以從改善機械結構、光學透鏡和匹配液入手，使這種連接得以實現。最后，為配合帶狀光纜的應用，多芯化的固定連接器也應大力發展。光衰減器

光衰減器是光通信中發展最早的無源器件之一，目前已形成了固定式、步進可調式、連續可調式及智能型光衰減器四種系列。

目前，光衰減器的市場越來越大。由于固定光衰減器具有價格低廉、性能穩定、使用簡便等優點，所以市場需求比可變光衰減器大一些。而可變光衰減器由于其靈活性，市場需求仍穩步增長。

國外的光衰減器性能已達到高性能要求，目前國外的一些光學器件公司正在不斷開發各種新型光衰減器，以求獲得性能更高、體積更小、價格更適宜的實用化產品。

從市場需求的角度來看，光衰減器將向著小型化、系列化、低價格的方向發展。此外，由于普通型光衰減器已相當成熟，所以今后的研究將側重于其高性能方面。

為了避免器件的光反射引起光源的頻率漂移和線路噪聲，使受此影響較大的系統能夠正常工作，必須在相應的線路中使用高回損衰減器。因此，高回損衰減器是衰減器發展的一個重要方向。此外，光衰減器還必須有更寬的溫度使用范圍和頻譜范圍及多更能等優良性能。

光波分復用器

光波分復用器（WDM）又稱為光合波/分波器，它是對光波波長進行合成與分離的光無源器件，在解決光纜線路的擴容或復用中起著關鍵作用。

當前使用的光波分復用器主要是兩波長的復用器，例如1310/1550nm主要用于通信線路，980/1550nm和1480/1550nm主要用于光纖放大器。隨著密集波分復用（DWDM）系統的發展，多波長復用器的需求量正在增加，復用波長之間的間隔也在逐漸縮小。當波長之間的間隔為20nm時，一般稱為粗波分復用器；波長之間的間隔為1～10nm時，一般稱為密集波分復用器。因此，密集化、小型化、實用化、組件化是波分復用器發展的必然趨勢。

無源光耦合器

光耦合器的研制、開發及應用已經歷了近四十年，目前基本形成了以熔融拉錐型器件為主、波導器件逐漸發展的局面。隨著光纖通信、光纖傳感技術、光纖CATV、局域網、光纖用戶網以及用戶接入網等的迅速發展，對光耦合器的需求會進一步增大。

當前，能進行大批量生產單模光纖耦合器的方法是熔融拉錐法。但是在這種方法中，由于光纖之間的耦合系數與波長有關，所以光傳輸波長發生變化時，耦合系數也會發生變化，即耦合比發生變化，一般它隨波長的變化率為0.2%nm。所以寬帶化是耦合器的一個重要方向。

與此同時，為了適應各種光纖網絡用戶數量劇增的需要，一方面需要大功率的光源，另一方面在不斷增加耦合器路數的同時，進一步降低附加損耗、減少器件體積，并提高使用的可靠性。

綜上所述，未來的光耦合器將是寬帶的、集成化的、低損耗和易接入的器件，還應根據要實現多路數、小型化等。

光隔離器

隔離器是一種光單向傳輸的非互易器件，它對正向傳輸光具有較低的插入損耗，而對反向傳輸光有很大的衰減作用。

目前，光隔離器已經產生了一系列的器件，如陣列光隔離器、小型化光隔離器，還有一些隔離器與WDM、Tap、GFF等濾波器混合的器件，這些器件都已研制成功，并批量生產。到目前為止，自由空間型、偏振相關型隔離器應用較多，主要用于有源器件的封裝。從實用的角度來看，光隔離器發展的主要方向是高性能偏振無關在線型光隔離器、高性能偏振靈敏微型光隔離器以及多功能光隔離器。

隨著光纖放大器、CATV網、光信息處理、Gbit/s級高速光纖通信及相干光通信等技術的進一步推廣，光隔離器也正向著高性能、微型化、集成化、多功能能、低價格方向發展未來的光隔離器很可能是一種微型化高性價比的集成器件。

光開關

隨著密集波分復用系統和全光通信網的使用，各結點上的信號交換直接在光域中完成，這就需要光開關。由于這些結點上進行交換的光纖和波長數量很多，所以這種光開關應當是大端口數的矩陣開關。因此，光開關的矩陣化和小型化是光開關發展的一個重要趨勢。今年來出現了能繼承大規模矩陣陣列而又有良好性能的兩種新型光開關，即微機械光開關（MEMS）和熱光開關。

光纖通信系統

光纖通信系統已經歷了四代變更：

第一代光纖通信系統是在1973～1976年研制成功的45Mbit/s、0.85多模光纖系統。其光纖損耗在0.85處為4dB/km，在1.06處為2dB/km，LD（Laser Diode，激光二極管）壽命達到小時。此外組成系統的其他各個部分在性能上已基本滿足要求。1978年投入使用的第一代光纖通信系統的速率范圍在50～100Mbit/s，中繼距離為10km。

第二代光纖通信體統于1976～1982年研制成功，它可以傳送中等碼速的數字信號。其工作波長為1.30，損耗為0.5dB/km，色散的最小值近似為零。

目前正處在大規模實用化的是第三代光纖通信系統。其工作波長為1.31，使用LD可傳輸140～600Mbit/s的高碼速信號，中繼距離達30～50km。

第四代光纖通信系統目前還處在實驗室研制階段。其主要思想是將零色散波長移到1.55，這樣可以使光纖損耗更低，色散為零。

目前，人們已經涉足第五代光纖通信系統的研究和開發，稱之為光孤子通信系統。光孤子通信系統具有超長距離的傳輸能力，其應用潛力是巨大的。但是光孤子通信系統目前尚處于研究開發階段，要真正進入實用化還需要解決一系列實際應用問題。

我國光纖通信的發展

在國外光纖通信的研究起步不久，我國從1974年就開始了光纖通信的基礎研究，并在幾年之內就取得了階段性的研究成果。在此基礎上，20世紀70年代末進行了光纖通信系統現場試驗。80年代主要進行光纖通信系統的實用化攻關，完成了武漢市話中繼實用化工程，武漢-荊州多模光纜34Mbit/s省內干線工程以及合肥-蕪湖140Mbit/s單模光纜一級干線工程等，為大規模推廣應用打下了基礎。90年代初期，我國開始了光纖通信系統的大量建設，光纜逐漸取代電纜，并完成了“八縱八橫”國家干線。這些干線主要是采用PDH140Mbit/s系統。隨著市場需求量的增加以及技術水平的不斷提高，逐漸采用了SDH622Mbit/s和2.5Gbit/s系統。鄭州-洛陽-開封的16×2.5Gbit/s和上海-南京的32×10Gbit/s的波分復用數字光纖通信系統的研究開發與投入商用等工作正在加速進行之中。此外，國產的光器件產品在國際市場也具有較強的競爭力。由此可見，我國已具有大力發展光纖通信的綜合實力。1982年建武漢市話中繼光纜（0.85窗口、3.5dB/km，多模、8Mbit/s、13.5km），1988年建第一條國產設備長途直埋光纜蘭州至武威工程（1.30窗口、1.2dB/km，多模、140Mb/s、286km），1989年起大量用單模光纖建線路。至2000年底，光纜總長度達125萬公里（其中長途干線光纜28.6萬公里，中國電信23萬公里、中國聯通5.6萬公里），通達250多個地市，總用光纖約3000萬公里。上述線路基本上是G.652單模光纖（只有京九光纜放了六根G.653光纖），且1995年前只開通1310nm窗口，1995年后才開通1550nm窗口。傳輸速率九十年代末期才開始從622Mb/s提升到2.5Gb/s。這兩年新建線路用到10Gb/s，波分復用最高達32，總傳輸容量達320Gb/s（32×10Gb/s）。1999年開始較多使用G.655光纖。在光纖研制方面，我國對國際上現有的光纖類型都在跟蹤研究并有了成果，武漢郵科院和長飛公司研制的非零色散位移光纖已經實用。其他如色散補償光纖、偏振保持光纖、摻餌光纖、數據光纖、塑料光纖等均能達到生產階段。光有源器件的研制在摻餌光纖激光器、主動鎖模光纖環形激光器、被動鎖模光纖環形激光器、光纖光柵激光器、增益平坦EDFA、高增益低噪聲EDFA、摻餌光纖均衡放大器、DFB-LD與EA型外調制器的集成器件等方面都有顯著進展。

第三篇：光纖通信技術

淺談光纖通信

摘要：光纖通信不僅可以應用在通信的主干線路中，也可以在電力通信控制系統中發揮作用，進行工業監測、控制，現在在軍事上也被廣泛應用，基于各領域對信息量的需求不斷增長，光纖通信技術的應用發展趨勢也備受關注。一條完整的光纖鏈路除受光纖本身質量影響外，還取決于光纖鏈路現場的施工工藝和環境。本文探討了光纖通信技術的主要特征及發展趨勢，和它以光纖鏈路為基礎的現場測試。

關鍵詞：光纖通信技術 特點 現狀 發展趨勢 光纖鏈路

0引言

光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看,構成光纖通信的基本物質要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學特性進行分類外，在應用中,光纖常按用途進行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質光纖又分為通用與專用兩種,而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現。

1光纖通信技術

自上世紀光纖通信技術在全球問世以來，整個的信息通訊領域發生了本質的、革命性的變革，光纖通信技術以光波作為信息傳輸的載體，以光纖硬件作為信息傳輸媒介，因為信息傳輸頻帶比較寬，所以它的主要特點是:通信達到了高速率和大容量，且損耗低、體積小、重量輕，還有抗電磁干擾和不易串音等一系列優點，從而備受通信領域專業人士青睞，發展也異常迅猛。

光纖通信技術作為在實際運用中相當有前途的一種通信技術，已成為現代化通信非常重要的支柱。作為全球新一代信息技術革命的重要標志之一，光纖通信技術已經變為當今信息社會中各種多樣且復雜的信息的主要傳輸媒介，并深刻的、廣泛的改變了信息網架構的整體面貌，以現代信息社會最堅實的通信基礎的身份，向世人展現了其無限美好的發展前景。

2光纖通信的特點(1)通信容量大、傳輸距離遠；一根光纖的潛在帶寬可達20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統已經投入商業使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達幾

十、甚至上百公里。

(2)信號干擾小、保密性能好;

(3)抗電磁干擾、傳輸質量佳,電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

(4)光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設和運輸；

(5)材料來源豐富,環境保護好，有利于節約有色金屬銅。

(6)無輻射，難于竊聽,因為光纖傳輸的光波不能跑出光纖以外。

(7)光纜適應性強，壽命長。

(8)質地脆，機械強度差。

(9)光纖的切斷和接續需要一定的工具、設備和技術。

(10)分路、耦合不靈活。

(11)光纖光纜的彎曲半徑不能過小（>20cm）

(12)有供電困難問題。

利用光波在光導纖維中傳輸信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優點，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纖通信．

3光纖通信技術的現狀研究

(1)光纖通信技術中的光纖接入技術。光纖接入網技術是信息傳輸技術的一個嶄新的嘗試，它實現了普遍意義上的高速化信息傳輸，滿足了廣大民眾對信息傳輸速度的要求，主要由寬帶的主干傳輸網絡和用戶接入兩部分組成。其中后者起著更為關鍵的作用，即FTTH(意思是光纖到戶)，作為光纖寬帶接入的最后環節，負責完成全光接入的重要任務，基于光纖寬帶的相關特性，為通信接收端的用戶提供了所需的不受限制的帶寬資源。

(2)光纖通信技術中的波分復用技術。即WDM，充分利用了單模光纖低損耗區的優勢，獲得了大的帶寬資源。波分復用技術基于每一信道光波的頻率和波長不同等情況出發，把光纖的低損耗窗口規劃為許多個單獨的通信管道，并在發送端設置了波分復用器，將波長不同的信號集合到一起送入單根光纖中，再進行信息的傳輸，而接收端的波分復用器把這些承載著多種不同信號的、波長不同的光載波再進行分離。

4不斷發展的光纖通信技術

(1)光接入網通信技術的更進一步發展。現存技術上的接入網依舊是雙絞線銅線的連接，仍然是原始的、落后的模擬系統，而網絡中的光接入技術的應用使其成為了全數字化的，且高度集成的智能化網絡。

光接入網通信技術所要達到的主要目標有：最大程度的使維護費用得到降低，故障率得到明顯下降;可以用于新設備的開發和新收入的不斷增加；與本地網絡相結合，達到減少節點數目和擴大覆蓋面范圍的目的;通過光網絡的建立，為多媒體時代的到來做好準備;另外，可以最大化的利用光纖本身的一些優勢特點。

(2)光纖通信技術中光傳輸與交換技術的融合一光接入網通信技術的后延。基于上述光接入網通訊技術的成熟發展，網絡的核心架構己經得到了翻天覆地的改變，并正在日新月異的變化發展著，在交換和傳輸兩方面來講也都早已進行了好幾代的更新。光接入網技術和光輸與交換技術的融合技術，前者較后者在技術應用上有了一些技術上改進，從而也就提高了全網的往前的進一步有效發展，但此項技術相對來講仍不成熟。

(3)新一代的光纖在光纖通信技術中的應用。傳統意義上的G.652單模光纖已經在長距離且超高速的傳送網絡發展中表現出了力不從心的缺點，新一代光纖的研發己成為當今務實之需，它也構成了新一代網絡基礎設施建設工作的一個重要組成部分。在目前普遍需求的干線網和城域網的背景下，基于不同的發展需要，己經發展出了兩種新一代光纖一非零色散光纖和全波光纖。

4光纖通信鏈路的現場測試

4.1光纖鏈路現場測試的目的光纖鏈路現場測試是安裝和維護光纖網絡的必要部分，是確保電纜支持網絡協議的一種重要方式。它的主要目的是遵循特定的標準檢測光纖系統連接的質量，減少故障因素以及存在故障時找出光纖的故障點，從而進一步查找故障原因。

4.2光纖鏈路現場測試標準

目前光纖鏈路現場測試標準分為兩大類：光纖系統標準和應用系統標準。（1）光纖系統標準：光纖系統標準是獨立于應用的光纖鏈路現場測試標準。對于不同光纖系統，它的測試極限值是不固定的，它是基于電纜長度、適配器和接合點的可變標準。目前大多數光纖鏈路現場測試使用這種標準。世界范圍內公認的標準主要有：北美地區的EIA/TIA—568—B標準和國際標準化組織的ISO/IEC11801標準等。（2）光纖應用系統標準：光纖應用系統標準是基于安裝光纖的特定應用的光纖鏈路現場測試標準。每種不同的光纖系統的測試標準是固定的。常用的光纖應用系統有：100BASE—FX、1000BASE—SX等。

4.3光纖鏈路現場測試過程

對于光纖系統需要保證的是在接收端收到的信號應足夠大，由于光纖傳輸數據時使用的是光信號，因此它不產生磁場，也就不會受到電磁干擾和射頻干擾，不需要對NEXT等參數進行測試，所以光纖系統的測試不同于銅導線系統的測試。

在光纖的應用中，光纖本身的種類很多，但光纖及其系統的基本測試參數大致都是相同的。在光纖鏈路現場測試中，主要是對光纖的光學特性和傳輸特性進行測試。光纖的光學特性和傳輸特性對光纖通信系統的工作波長、傳輸速率、傳

輸容量、傳輸距離、信號質量等有著重大影響。但由于光纖的色散、截止波長、模場直徑、基帶響應、數值孔徑、有效面積、微彎敏感性等特性不受安裝方法的有害影響,它們應由光纖制造廠家進行測試,不需進行現場測試。

在EIA/TIA—568—B中規定光纖通信鏈路現場測試所需的單一性能參數為鏈路損失（衰減）。

（1）光功率的測試：對光纖工程最基本的測試是在EIA的FOTP-95標準中定義的光功率測試，它確定了通過光纖傳輸的信號的強度，還是損失測試的基礎。測試時把光功率計放在光纖的一端，把光源放在光纖的另一端。

（2）光學連通性的測試：光纖系統的光學連通性表示光纖系統傳輸光功率的能力。光纖系統的光學連通性是對光纖系統的基本要求，因此對光纖系統的光學連通性進行測試是基本的測試之一。通過在光纖系統的一端連接光源，在另一端連接光功率計，通過檢測到的輸出光功率可以確定光纖系統的光學連通性。當輸出端測到的光功率與輸入端實際輸入的光功率的比值小于一定的數值時，則認為這條鏈路光學不連通。進行光學連通性的測試時，通常是把紅色激光或者其他可見光注入光纖，并在光纖的末端監視光的輸出。如果在光纖中有斷裂或其他的不連續點，在光纖輸出端的光功率就會下降或者根本沒有光輸出。

（3）光功率損失測試：光功率損失這一通用于光纖領域的術語代表了光纖鏈路的衰減。衰減是光纖鏈路的一個重要的傳輸參數,它的單位是分貝(dB)。它表明了光纖鏈路對光能的傳輸損耗（傳導特性），其對光纖質量的評定和確定光纖系統的中繼距離起到決定性的作用。光信號在光纖中傳播時，平均光功率延光纖長度方向成指數規律減少。在一根光纖網線中,從發送端到接收端之間存在的衰減越大，兩者間可能傳輸的最大距離就越短。衰減對所有種類的網線系統在傳輸速度和傳輸距離上都產生負面的影響，但因為光纖傳輸中不存在串擾、EMI、RFI等問題，所以光纖傳輸對衰減的反應特別敏感。

（4）光纖鏈路預算（OLB）：光纖鏈路預算是網絡和應用中允許的最大信號損失量，這個值是根據網絡實際情況和國際標準規定的損失量計算出來的。一條完整的光纖鏈路包括光纖、連接器和熔接點，所以在計算光纖鏈路最大損失極限時，要把這些因素全部考慮在內。光纖通信鏈路中光能損耗的起因是由光纖本身的損耗、連接器產生的損耗和熔接點產生的損耗三部分組成的。但由于光纖的長度、接頭和熔接點數目的不定，造成光纖鏈路的測試標準不像雙絞線那樣是固定的，因此對每一條光纖鏈路測試的標準都必須通過計算才能得出。

雖然目前光通信的容量已經非常大，但仍有大量應用能力閑置，伴隨著社會經濟和科學技術的進一步發展，對信息的需求也會隨之增加，并會超過現在的網絡承載能力，因此我們必須進一步努力研究更加先進的光傳輸手段。因此，在經濟社會發展的推動下，光通信一定會有更加長久的發展。

[參考文獻]

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第四篇：光纖通信技術及其發展趨勢

光纖通信技術及其發展趨勢

摘要：光纖通信技術是目前通信行業應用的主要技術，光纖通信跟傳統通信方式比較具有很強的優勢，在通信網絡中已得到廣泛應用。光纖通信技術作為信息技術的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到十分重要的作用。

關鍵詞：光纖通信技術 優勢 光纖到戶 全光網絡

中圖分類號：TP39 文獻標識碼： A 文章編號：1007-9416(2011)07-0025-01

近年來隨著傳輸技術和交換技術的不斷進步，核心網已經基本實現了光纖化、數字化和寬帶化。隨著業務的迅速增長和多媒體業務的日益豐富，使得用戶住宅網的業務需求也不只局限于原來的語音業務，數據和多媒體業務的需求已經成為不可阻擋的趨勢，現有的語音業務接入網越來越成為制約信息高速公路建設的瓶頸，成為發展寬帶綜合業務數字網的障礙。

1、光纖通信技術

光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或導波管的損耗低得多，所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍，圖1為光纖結構圖。

2、光纖通信技術優勢

2.1 頻帶極寬，通信容量大

光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，單模光纖具有幾十GHz?km的寬帶。目前，單波長光纖通信系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps，采用密集波分復用術實現的多波長傳輸系統的傳輸速率已經達到單波長傳輸系統的數百倍。巨大的帶寬潛力使單模光纖成為寬帶綜合業務網的首選介質。

2.2 損耗低，中繼距離長

目前，實用的光纖通信系統使用的光纖多為石英光纖，此類光纖損耗可低于0.20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低，因此，由其組成的光纖通信系統的中繼距離也較其他介質構成的系統長得多。

2.3 抗電磁干擾能力強

我們知道光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力，它是一種非導電的介質，交變電磁波在其中不會產生感生電動勢，即不會產生與信號無關的噪聲。這樣，就是把它平行鋪設到高壓電線和電氣鐵路附近，也不會受到電磁干擾。這一點對于強電領域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統特別有利。

2.4 光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設

光纖的芯徑很細，約為0.1mm，由多芯光纖組成光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面直徑約為10mm，而標準同軸電纜為47mm。這樣采用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統所占空間小，解決了地下管道擁擠的問題，節約了地下管道建設投資。此外，光纖的重量輕，柔韌性好，還有，光纖柔軟可繞，容易成束，能得到直徑小的高密度光纜。

2.5 保密性能好

對通信系統的重要要求之一是保密性好。電通信方式很容易被人竊聽，光纖通信與電通信不同，由于光纖的特殊設計，光纖中傳送的光波被限制在光纖的纖芯和包層附近傳送，很少會跑到光纖之外。并且成纜以后光纖在外面包有金屬做的防潮層和橡膠材料的護套，這些均是不透光的，因此，泄漏到光纜外的光幾乎沒有。更何況長途光纜和中繼光纜一般均埋于地下。所以光纖的保密性能好。此外，由于光纖中的光信號一般不會泄漏，因此電通信中常見的線路之間的串話現象也可忽略。

3、光纖通信技術在接入網的應用

目前萊蕪市所用的接入網技術為ADSL，其全稱是Asymmetric Digital Subscriber,中文意思是“非對稱數字用戶線路”。它以普通電話線路做為傳輸介質，既在普通雙絞銅線上實現下行高達8Mbit/b傳輸速度;上行高達640Kbit/s的傳輸速度，但這種技術不能滿足人們對上網速度越來越高需求。

3.1光纖接入網的優勢

接入網采用無線網絡是未來通信行業的發展趨勢，但無線接入網仍需要光纖網絡的支撐，其優勢體現為:

首先，通信網在一開始采用的是金屬線纜，銅纜網的故障率很高，維護運行成本很高，而采用光接入后，每年的維護運行和供給成本可以比傳統銅纜網每線大約節約400元，對于一億用戶相當于每年節約400億元，而且其故障率也大大降低。

其次，對于新業務的發展，特別是多媒體和寬帶新業務，能夠加強企業的競爭力，增加新業務的收入，同時可以補償建設光用戶接入網所需的投資，最后，光接入網可以滿足用戶希望較快提供業務，改進業務質量和可用性的要求，也可以節約地下管道空間，延長傳輸覆蓋距離，總之，采用光接入網能夠解決通信行業發展的瓶頸問題。

3.2 光纖通信技術發展的制約因素

銅纜網傳輸的是電子信號，交換采用的是電子交換機，現在，通信網絡大部分都是光纖，傳輸的為光信號，光交換的形式，由于目前光交換器件還不成熟只能采用光-電-光的形式。這種方式效率不高也不經濟，目前ASON-自動交換光網絡的開發緩解了這一問題，但對大容量光開關的開發也迫在眉睫。

目前為止我國的光纜技術有了很大的發展，從光進銅退開始，公司采用了多個廠家的光纜，國內生產光纜的廠家大約有200家，但其產品單一，很少具有自主知識產權，技術含量較低，競爭力不強，有關資料顯示，自1997年截止到2010年我國光纜專利的申請只占國外同期專利申請的20%，而光核心技術只占國外的10%。這些數據顯示我國與國外在光纖技術發展上差距較大，我國作為世界第二光纜大國，應該把發展自主知識產權的技術作為重中之重。

4、結語

從光纖通信問世到現在，光傳輸的速率以指數增長，光傳輸的速率在過去的十幾年中大約提高了100倍。層出不窮的光通信新技術將成為市場復蘇的源泉，隨著光纖網絡從骨干網的擴建到接入網、城域網的擴散以及向用戶駐地網的不斷延伸，光纖網絡市場必將增長。

參考文獻

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第五篇：光纖通信技術試題

1．什么是弱導波光纖？為什么標量近似解法只適用于弱導波光纖？

2.請簡述階躍型折射率分布光纖和梯度型折射率分布光纖的不同導光原理 3．試證明：階躍型光纖的數值孔徑為什么等于最大射入角的正弦？ 4.數值孔徑的定義是什么？請用公式推導出其計算式：NA?n12?

5.光纖色散有哪幾種？它們分別與哪些因素有關？

6.為什么說采用漸變型光纖可以減少光纖中的模式色散？ 7.如何解釋光纖中的模式色散、材料色散及波導色散？

8.光與物質間的作用有哪三種基本過程？說明各具有什么特點？ 9．什么是激光器的閾值條件？ 10.簡述半導體的光電效應？ 11.光纖通信系統都有哪些噪聲？

12．請寫出費米分布函數的表達式，并說明式中各符號的含義。13．什么是量子噪聲？形成這一噪聲的物理原因是什么？ 14.什么是模分配噪聲？它是如何產生的？ 15．請寫出誤碼率的三種性能分類及定義。

16.什么是接收靈敏度和動態范圍，它們之間的表示式是什么？ 17．什么是碼間干擾？其產生的原因是什么？

18．什么是可靠性？什么是可靠度？它們之間的區別是什么？ 19．請用公式推導出串聯系統總的故障率等于各部件故障率之和。20.抖動容限的指標有幾種？并說明其含義？ 21．光波分復用通信技術的特點有哪些？ 光纖WDM與同軸電纜FDM技術不同點有哪些？ 23 什么是光通信中的斯托克斯頻率? 24 什么是光通信中的受激拉曼散射? 25 在理論上，光通信中的克爾效應能夠引起哪些不同的非線性效應? 26 簡述光纖通信中激光器直接調制的定義、用途和特點。

27什么是光纖色散？光纖色散主要有幾種類型？其對光纖通信系統有何影響？ 28分別說明G.652G.653光纖的性能及應用。

1.當光纖中纖芯折射率n1略高于包層折射率n2，它們的差別極小時，這種光纖為弱導波光纖。在弱導波光纖中，由于

n2?1，在光纖中形成導波時，光射線的入射角θ1應滿足的n1?1全反射條件為90°>θ1>θC=Sin

n2,由此可得θ1→90°，亦即在弱導波光纖中，光射線幾n1乎與光纖軸平行。從波動理論講，導波是均勻平面波，即E和H與傳播方向（光射線指向）垂直，故弱導波光纖中的E和H分布是近似TEM波。其橫向場的極化方向不變。由于E（或H）近似在橫截面上，且空間指向基本不變，這樣就可把一個大小和方向都沿傳輸方向變化的E（或H）變為沿傳輸方向其方向不變的標量E（或H），它將滿足標量的亥姆霍茲方程，進而求出弱導波光纖的近似解，這種方法稱為標量近似解法。2.階躍光纖中入射光線在纖芯和包層分界面上發生全反射，從而在纖芯中沿之字形的曲折路徑前進，實現光的傳輸。

非均勻光纖中入射光線按折射定律在纖芯中傳輸到某一點時發生全反射，折向光纖軸線，從而以曲線形式在光纖中傳輸。

3．當光射線從空氣射向光纖端面時，發生折射，滿足折射定律n0sin?=n1sin?z，此光線在纖芯中沿?z角方向前進，此光線若能在纖芯中傳輸，則需滿足全反射條件，即

?1≥?C?Sin?1n2n?sin?1≥2，又因為θz= 90°-θn1n1

1所以可得sin?=n1sin?z=

222n1sin?1?n11?sin2?1≤n12?n2，由此可見，有sin?max=n1?n2，只要光射線的射入角?≤?max，此光線就可在纖芯中形成導波，也即這些光線被光纖捕捉到了。而反映這種捕捉光線能力的物理量就定義為數值孔徑，所以數值孔徑等于最大射入角的正弦。4.數值孔徑是用來表示光纖收集光線的能力的。NA?n0sinφmax

見教材P30，圖2-6 n0sinφ?n1sinθt

θt?90??θi

若發生全反射，θi至少應等于θC，所以θt?90??θC，此時對應入射角φmax，NA?n0sinφmax?n1cosθ2n12?n2 因為 ?? 22n1C?n11?sin2θC?n11?(n222)?n12?n2 n1 所以 NA?n12?

5.光纖的色散有材料色散、波導色散和模式色散。

材料色散由光纖材料的折射率隨頻率的變化而變化引起的。

波導色散由模式本身的群速度隨頻率的變化而變化引起的。

模式色散由光纖中的各模式之間的群速度不同而引起的。6.漸變型光纖纖芯折射率隨 r的增加按一定規律減小，即n1(r),則就有可能使芯子中的不同射線以同樣的軸向速度前進，產生自聚焦現象，從而減小光纖中的模式色散。

7.材料色散是由于材料本身的折射率隨頻率而變化，使得信號各頻率成份的群速不同引起的色散。

波導色散是對于光纖某一模式而言，在不同的頻率下，相位常數β不同，使得群速不同而引起的色散。模式色散是指光纖不同模式在同一頻率下的相位常數β不同，因此群速不同而引起的色散。

8.自發輻射、受激輻射、受激吸收

自發輻射：可自發光，是非相干光，不受外界影響。

受激輻射：吸收外來光子能量，發相干光，產生全同光子，產生光放大。

受激吸收：吸收外來光子能量，不發光。

9.為了補償激光器內光學諧振腔存在的損耗，使激光器維持穩定的激光輸出需要滿足的振幅平衡條件，就是閾值條件。10.光照射到半導體的P-N結上，使半導體材料中價帶電子吸收光子的能量，從價帶越過禁帶到達導帶，在導帶中出現光電子，在價帶中出現光空穴，總稱光生載流子。光生載流子在外加負偏壓和內建電場的共同作用下，在外電路中出現光電流，這就實現了輸出電信號隨輸入光信號變化的光電轉換作用。11.量子噪聲，光電檢測器噪聲、雪崩管倍增噪聲，光接收機中的熱噪聲，晶體管噪聲。12.f(E)=11?e(E?Ef)/KT

式中f(E)——費米分布函數，即能量為E的能級被一個電子占據的幾率。E——某一能級的能量值。K——波爾茲曼常數，K=1.38×10

?2

3J/K T——絕對溫度 Ef——費米能級

13.由于光波的傳播是由大量光子傳播來進行的。這樣大量的光量子其相位和幅度都是隨機的。因此，光電檢測器在某個時刻實際接收到的光子數是在一個統計平均值附近浮動，因而產生了噪聲。這就是量子噪聲，這就是量子噪聲，這也是量子噪聲的形成原因。

14.高速率的激光器，其譜線呈現多縱模譜線特性，而且各譜線的能量呈現隨機分配。因而單模光纖具有色散，所以激光器的各譜線（各頻率分量）經光纖傳輸之后，發生不同的延時，在接收端造成脈沖展寬。又因為各譜線的功率呈現隨機分布，因此當它們經過上述光纖傳輸后，在接收端取樣點得到取樣信號就會有強度起伏，至此引入了附加噪聲，這種噪聲就稱為模分配噪聲，這也是模分配噪聲產生的原因。

15.劣化分：1分鐘的誤碼率劣于1×10嚴重誤碼秒：1分鐘內誤碼率劣于1×10

?6。

?3誤碼秒：1秒內出現誤碼。

16.所謂接收靈敏度是指滿足給定誤碼率（BER）的條件下，光端機光接口R的最小平均光功率電平值。

所謂動態范圍是指在滿足給定誤碼率的條件下，光端機輸入連接器R點能夠接收的最大功率電平值LR與最小功率電平值LR（即接收靈敏度）之差。'D?L'R?LR

17.由于激光器發出的光波是由許多根線譜構成，而每根譜線的傳播速度不同，因而前后錯開，使合成的波形的寬度展寬，出現拖尾，造成相鄰兩光脈沖之間的相互干擾，這種現象稱為碼間干擾。這也是碼間干擾產生的原因。

18．可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠度是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率。可靠性對產品做出了定性的 分析，它反映了總的性能，可靠度對產品做出了定量的分析，它反映出一種數量特性。

19.若光纖數字通信系統由幾個部分串聯而成，系統的可靠度 表示為：

RS?R1?R2????????Rn

式中R1，R2，·······Rn分別是串聯系統中n個部分的可靠度。

RS?e??St?R1?R2????????Rn =e??1te??2t??????e??nt =e?(?1??2????????n)t

?S??1??2????????n???i?1ni

由上式可見，系統總的故障率等于各串聯部件故障率之和。

20.抖動容限的指標分為輸入抖動容限和無輸入抖動時的最大輸出抖動容限。

輸入抖動容限是指光纖通信系統（或設備）允許輸入脈沖存在抖動的范圍。

無輸入抖動時的最大輸出抖動容限是指輸入信號無抖動的情況下，光纖通信系統（或設備）輸出信號的抖動范圍。

21.①光波分復用器結構簡單、體積小、可靠性高

②不同容量的光纖系統以及不同性質的信號均可兼容傳輸

③提高光纖的頻帶利用率

④可更靈活地進行光纖通信組網 ⑤存在插入損耗和串光問題

22⑴傳輸媒質不同，WDM系統是光信號上的頻率分割，同軸系統是電信號上的頻率分割利用。

⑵在每個通路上，同軸電纜系統傳輸的是模擬信號4kHz語音信號，而WDM系統目前每個波長通路上是2.5Gbit/sSDH或更高速率的數字信號系統。

23當一定強度的光入射到光纖中時，會引起光纖材料的分子振動，低頻邊帶稱斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，前者強度強于后者，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率

24當兩個頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時入射到光纖時，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射(SRS)。

25在理論上，克爾效應能夠引起下面三種不同的非線性效應，即自相位調制(SPM)、交叉相位調制(XPM)和四波混頻(FWM)。

26直接調制：即直接對光源進行調制，通過控制半導體激光器的注入電流的大小，改變激光器輸出光波的強弱，又稱為內調制。傳統的PDH和2.5Gbit／s速率以下的SDH系統使用的LED或LD光源基本上采用的都是這種調制方式。直接調制方式的特點是，輸出功率正比于調制電流，簡單、損耗小、成本低。一般情況下，在常規G.652光纖上使用時，傳輸距離≤100km，傳輸速率≤2.5Gbit/s。

27由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸的信號脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機理上說，光纖色散分為材料色散，波導色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。28 G.652稱為非色散位移單模光纖，也稱為常規單模光纖其性能特點是：(1)在1310nm波長處的色散為零。

(2)在波長為1550nm附近衰減系數最小，約為0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系數，為17ps/(nm2km)。

(3)這種光纖工作波長即可選在1310nm波長區域，又可選在1550nm波長區域，它的最佳工作波長在1310nm區域。G.652光纖是當前使用最為廣泛的光纖。G.653 稱為色散位移單模光纖。色散位移光纖是通過改變光纖的結構參數、折射率分布形狀，力求加大波導色散，從而將零色散點從1310nm位移到1550nm，實現1550nm處最低衰減和零色散波長一致。這種光纖工作波長在1550nm區域。它非常適合于長距離單信道光纖通信系統。