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1、光纤通信概论摘要： 本文主要是论述光纤通信的起源、发展、现状及展望。另外光纤通信因其具有的损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。目前，光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域。近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。 关键词：光纤历史，系统原理；特点，发展现状；未来趋势一、光纤通信史回顾1.古老的光通信设备-烽火台2.上世纪六十年代初，光通信仅仅作为一种信号灯使用，如马路上的红绿灯。3.高锟提出光纤通信：1966年，英籍华人、年轻工程师高锟发表了关于通信传输新介质的
2、论文，他指出利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，从而奠定了光纤通信的基础。4. 光网络-电网络（1）最早的光电报：这种系统的工作依赖于天气，并且光电报的操作者必须受过专门的训练，熟知庞大的密码本的内容，因此，光电报并没有进入并改变普通市民的生活，最终于1881年被废弃。（2）电报：美国画家莫尔斯研究出能够用电来传递信息的办法，并在1844年发明了真正意义上的电报。在以后的几十年间，电报成为人们进行信息交流的最主要的手段。（3）电话：1876年，贝尔发明了电话。20世纪初期，随着绝缘金属地线和铜丝拉制技术的发明，电话遍及美国。到了20世纪30年代，电话系统代替了电报系统。l 模拟通信，技
3、术很成熟，就是将模拟信号与载波进行调制，使其带有一定载波特性，又不失模拟信号的独特性，接收端通过低通滤波器，还原初始模拟信号。 l 数字通信，首先对模拟信号进行采样，对于采样幅值进行编码（0，1编码），然后进行调制，相移键控等。接收端还原即可。 （4）光电话：1880年，贝尔又发明了光电话。他利用太阳光来传送话音。贝尔的光电话是现代自由空间光通信的雏形。（5）光纤：1951年，荷兰科学家Abraham Cornelis Sebastian Van Heel证明玻璃纤维的外涂敷层有助于将光保持在纤维内部（光纤结构的基础。）但因损耗非常大而局限应用于医学领域。1970年，光纤研制取得了重大突破，美
4、国康宁公司按照高锟的思路，生产出了20dB/km的石英光纤；1972年，该公司生产的多模光纤损耗已下降到4dB/km；1973年，美国贝尔（Bell）实验室生产的光纤损耗为2.5dB/km；1976年，日本NTT公司已将光纤损耗减小到0.47dB/km；80年代初，单模光纤在波长1550nm的损耗已降到0.2dB/km，接近了石英光纤的理论损耗极限。 （6）光源-半导体激光器的发明：低损耗光纤和连续振荡半导体激光器的研制成功，是光纤通信发展的重要里程碑。（7）光纤通信：早期的光纤通信系统主要应用于脉码调制语音通信系统和图像的模拟传输；随后光纤通信系统则用于PCM语音通信和图像的数字传输、长途干
5、线传输及CATV系统。现代光纤通信系统，对现有的点到点的传统的光纤通信系统提速，采用WDM技术实现高速、大容量的光网络、电节点的通信网络。而未来的光通信技术将朝着采用光节点、具有光交换功能的全光网络发展。5.世界光纤通信发展情况：世界光纤产值从1996年92亿美元到2002年198亿美元，每6年翻一番；现在世界上光纤生产速度为3200km/小时，即每天生产的光纤可绕地球两周；目前光纤产量每年递增2025%；目前光缆产值按应用分类为：本地通信51.25%，LAN等20.82%，干线15.81%，CATV8.6%，其它3.5%。二、什么是光纤通信（原理）？光纤通信是用光作为信息的载体，以光纤作为传
6、输介质的一种通信方式。它首先要在发射端将需传送的电话、电报、图像和数据等信号进行光电转换，即将电信号变成光信号，再经光纤传输到接收端，接收端将接收到的光信号转变成电信号，最后还原成消息。三、光纤通信系统1.结构分类：光纤网络的基本拓扑结构有星形、环形、线形总线型。2.系统构成：光纤通信系统通常由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。（1）光发射机：把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用（TDM）信号或频分复用（FDM）信号。调制器的作用是用复用信号直接调制（IM）激光器（LD）的光强，或通过外调制器调制LD的相位。光源是把
7、电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。（发光二极管LED和激光器LD）（2）光纤：光导纤维是一种传输光束的细而柔软的媒质，通常是由石英玻璃制成。光导纤维电缆由一捆纤维组成，简称为光缆。光纤是光缆的核心部分，光纤经过一些构件极其附属保护层的保护就构成了光缆。光纤是光纤通信系统的传输介质，其衰减和色散特性是影响系统性能的主要因素。光纤可分为单模光纤(SMF)、多模光纤(MMF)、长波长低射散光纤(LMF)、保偏光纤(PMF)及塑料光纤(POF)等很多种；常用的为单模和多模光纤。多模光纤就是传输多个光波模式，而单模光纤只传输一个光波模式。单模光纤比多模光纤传输距离长。因此，单模光设备的价格要高于多模
8、光设备。实用的光纤通常都是由多根光纤、加强芯、保护材料、固定材料等组合成光缆构成的传输线。 （3）光中继器：对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。如需对业务进行分出和插入，可使用光-电-光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用光放大器。光放大器的类型有掺杂光纤放大器（主要是EDFA）、半导体光放大器SOA、拉曼光纤放大器RFA。（4）光接收机：把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。光接收机分为模拟光接收机和数字光接收机。光电检测器是光接收机的核心，可将光信号转变为电流信号。广泛使用的光电检测器有PIN管和APD。3.光纤通
9、信在技术功能构成上主要分为：(1)信号的发射；(2)信号的合波；(3)信号的传输和放大；(4)信号的分离；(5)信号的接收。 四、光纤网络1.光纤通信网络分类：（1）全电网络，第一代网络，节点用电缆互连在一起，电缆是一种窄带线路，它的容量有限；（2）电光网络，第二代网络，用一段段光纤取代电缆后构成的网络，现在正被广泛使用，因节点内仍是对电信号进行交换，所以称为电光网络（3）全光网络，第三代网络，所有节点被不间断的光缆连接起来，节点内只对光信号进行交换，这就是未来的第三代网络。2.世界范围内已经形成了以同轴电缆、双绞线等为主要传输介质的电话传输网、计算机网和有线电视（CATV）网，而且形成了“三
10、网独立”的局面。3.以服务范围把网络分为三类:(1) 光纤局域网LAN (Local Area Network) ，服务范围2 km ，如以太网，信令环和信令总线;(2)光纤城域网MAN (Metropolitan Area Network)，服务范围100km，如电话本地交换网或者有线电视)分配系统;(3)光纤广域网 WAN (Wide Area Network)，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。五、光纤通信的特点（优点）1、 频带宽，传输容量大2、 损耗小，中继距离长 3、 重量轻，体积小4、 抗电磁干扰性能好5、 泄露小，保密性好6、 节约金属材料，有利于资源合理使用除以
11、上特点之外，还有光纤径细、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、寿命长的优点。光纤都用石英玻璃和塑料制成，是极好的电绝缘体，而且光信号在光缆中传输时不产生泄漏，所以不存在电气危害、电磁干扰、接地、屏蔽和保密性差等问题。再加上传输特性好的优点，使光纤成为迄今为止最好的信息传输媒质。六、我国光纤光缆发展的现状(光纤到户)1.普通光纤最常用的一种光纤。2.核心网光缆我国已在干线(包括国家干线、省内干线和区内干线)上全面采用光缆，其中多模光纤已被淘汰，全部采用单模光纤。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外。3.接入网光缆接入网中的光缆距离短，分支多
12、，分插频繁，为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。4.室内光缆室内光缆往往需要同时用于话音、 数据和视频信号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。5.电力线路中的通信光缆光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。 七、光纤通信的发展趋势 1.光纤传输容量的提高。2.宽带光放大器。3.密集波分复用系统中的光源复用和解复用器。4.偏振模色散补偿技术。 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
13、不懈追求的梦想。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。 目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信
14、息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。参考文献：1王磊，裴丽. 光纤通信的发展现状和未来J.中国科技信息，2006，(4) 2何淑贞，王晓梅. 光通信技术的新飞跃J. 网络电信，2004，(2) 3辛化梅，李忠. 论光纤通信技术的现状及发展. 山东师范大学学报，2003，4 4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 5毛谦，我国光纤通信技术发展的现状和前景J.电信科学,2006,(8). 6Fiber optic communication technology developmentWei, Zao-Chun; Huang, Xue-Nin
15、g; Pan, Shen-Ming; Qin, Gang Source: Guangxue Jishu/Optical Technique, v 31, n SUPPL., p 353-357+361, September 2005 Language: Chinese ISSN: 10021582 CODEN: GJISEP Publisher: Optical Technique7 Seven trends in fiber-optic communicationIsraelsohn, Joshua Source: EDN, v 48, n 17, August 7, 2003ISSN: 00127515 CODEN: EDNSBH Publisher: Reed Business Information (Cahners)课程总结：通过本课程的学习，我了解到光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。光纤从提出理论到技术实现和今天的高速光纤通信也不过几十年的时间。现在移动通信发展速度惊人，光纤通信正走向成熟。随着技术的更新换代，光纤到户的成本大大降低。那么在我国，光纤到户也是势在必行。 我相信，今后随着社会经济的不断发展，作为经济发展先导的信息需求必然不断增长，光纤通信也必将成为未来通信发展的主流。 我期望着真正的全光网络时代的到来。 7