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【摘要】目前，光纖通信技術(shù)因其提供的高質(zhì)量傳輸效果成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文主要介紹了光纖通信的基本原理與其特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)階段的發(fā)展與應(yīng)用狀況，提出了光纖技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】光纖通信；原理；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)

信息時(shí)代的到來，使得通信技術(shù)領(lǐng)域在社會(huì)發(fā)展中扮演著不可或缺的角色。而光纖通信技術(shù)因?yàn)槠鋽y帶信息量大[1]、傳輸速度快以及抗干擾能力強(qiáng)等種種優(yōu)點(diǎn)，成為最具廣闊發(fā)展前景的信息通信技術(shù)。因此分析光纖通信的基本原理及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于持續(xù)發(fā)展光纖通信技術(shù)具有重要意義。

1光纖通信技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1光纖通信的發(fā)展背景及原理。人類使用光傳遞信息已經(jīng)有幾千年的歷史，中國古代的烽火通信以及貝爾的“光電話”便是早期的光通信。20世紀(jì)60~70年代，激光器和石英光纖相繼問世，解決了光源和傳輸介質(zhì)這兩大關(guān)鍵因素，從此拉開了現(xiàn)代光纖通信的帷幕。光纖，完整名稱叫做光導(dǎo)纖維，英文名是OPTICFIBER。它是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。光纖的主要用途是通信傳播。傳統(tǒng)的光纖結(jié)構(gòu)是由纖芯、包層、涂覆層組成的[2]，如圖1所示，纖芯位于光纖的中心部位，成分為高純度二氧化硅。纖芯的折射率高于包層，且光在其中的損耗比包層更低，因此信息主要在纖芯內(nèi)傳輸。包層位于纖芯的周圍，成分為高純度二氧化硅。包層能為光的傳輸提供反射面和光隔離，并且提供一定的機(jī)械保護(hù)。而涂覆層位于光纖的最外層。涂覆層能有效保護(hù)光纖以抵御水汽侵蝕和機(jī)械擦傷。光纖通信是用光作為信息的載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。其基本工作原理為全反射。圖2是全反射現(xiàn)象的示意圖，可以看出光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)折射角達(dá)到90°時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角θ稱為臨界角。當(dāng)入射角大于或者等于臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。如圖3所示，光纖通信系統(tǒng)（主要是PCM脈沖編碼調(diào)制形式）的組成大致可以分為電端機(jī)[3]、光纖光纜、光發(fā)信機(jī)、中續(xù)器、光纖光纜、光收信機(jī)、電端機(jī)。各部分的主要作用如下：（1）發(fā)送端的電端機(jī)主要作用是對(duì)模擬信號(hào)形式的信息進(jìn)行抽樣、量化和編碼，使其成為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)形式。（2）光發(fā)信機(jī)主要作用是對(duì)數(shù)字信號(hào)形式的信息進(jìn)行調(diào)制，通過波分復(fù)用[4]技術(shù)耦合成光信號(hào)。后能使信息在光纖中傳播。（3）中續(xù)器的主要作用是對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，借此以擴(kuò)大信息傳輸?shù)木嚯x。由于信息在傳播的途中不可避免的能量損耗與失真，因此在傳輸過程中不得不對(duì)信息進(jìn)行再次轉(zhuǎn)換，使光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后再次轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。該過程能對(duì)信息進(jìn)行校對(duì)合證，并補(bǔ)充傳輸途中所損耗的能量。（4）光收信機(jī)主要作用是恢復(fù)光纖傳輸后由光載波所攜帶的信息。光信號(hào)經(jīng)過光纖光纜傳輸，進(jìn)入光收信機(jī)，光檢測(cè)器會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，放大器又將電信號(hào)放大，最終送達(dá)接收端的電端機(jī)。（5）接收端的電端機(jī)能對(duì)數(shù)字信號(hào)形式的信息進(jìn)行解碼，使其成為模擬信號(hào)形式。1.2光纖通信的特點(diǎn)。光纖通信具有的優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下幾方面：（1）頻帶寬，通信容量大光纖可利用的帶寬極寬。光纖通信所用光的工作頻率為100～1000THz，帶寬約為50THz。信道的帶寬就越大，系統(tǒng)傳遞信息的能力就越強(qiáng)。（2）沒有串音干擾光纖傳輸光信號(hào)是在光纖的內(nèi)部，光幾乎不會(huì)漏出來。而只要在光纖表面涂一層消光劑，光在光纖內(nèi)部傳播幾乎沒有串音干擾。（3）傳輸損耗低，中繼距離長(zhǎng)目前實(shí)用的石英型光纖的損耗可低于0.2dB/km，遠(yuǎn)低于其它任何已知的傳輸介質(zhì)，而由于其損耗低，所以光纖的中繼距離長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)顯示，由石英型光纖組成的光纖通信系統(tǒng)中最大中繼距離可達(dá)到400多千米。而由新型材料制成的非石英型光纖組成的通信系統(tǒng)中，最大中繼距離可達(dá)數(shù)千甚至數(shù)萬千米。（4）原材料豐富目前光纖的主要成分是石英玻璃，即二氧化硅。二氧化硅在地球上資源豐富，取材難度小。（5）重量輕、體積小光纖的芯徑很細(xì)，僅約為0.1mm，僅僅只有單管同軸電纜的不到1%；光纜的直徑也很小；標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為47mm，而8芯光纜的橫截面直徑僅約為10mm。重量輕體積小的優(yōu)點(diǎn)使得它在通信領(lǐng)域具有重要的價(jià)值。雖然光纖具有以上種種優(yōu)點(diǎn)，但是光纖的材料也有一定的局限性。光纖技術(shù)的發(fā)展還未成熟。目前光纖的缺點(diǎn)主要是質(zhì)地較脆、機(jī)械強(qiáng)度較低，彎曲半徑不宜太小，分路、耦合時(shí)不方便，連接相對(duì)困難等。當(dāng)然這些缺點(diǎn)在技術(shù)上都是可以克服改變的，這些并不影響光纖通信的實(shí)用性。近些年來光纖通信的快速發(fā)展，已經(jīng)深刻地改變了社會(huì)的通信方式，成為現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的重要基石。

2光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1光纖通信的應(yīng)用現(xiàn)狀。2.1.1在通信方面的應(yīng)用。光纖技術(shù)在通信方面有著重要的作用。在城城通信、本地通信、跨洋通信中更是有著不可替代的地位，目前，光纖技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致其成為通信技術(shù)中的領(lǐng)先技術(shù)，并不斷地推動(dòng)著整個(gè)通信行業(yè)的發(fā)展。2.1.2在電氣方面的應(yīng)用。電氣化已是評(píng)價(jià)整個(gè)社會(huì)是否現(xiàn)代化的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，在生活能源中，電氣的使用已占據(jù)70%左右，近些年來我國的經(jīng)濟(jì)水平與社會(huì)文明水平飛速發(fā)展，國家的電力負(fù)擔(dān)也不斷加重，傳統(tǒng)的通信方式主要采用的是遠(yuǎn)程通信與人工調(diào)整的方式，這種方式已變得十分落后了。而現(xiàn)今使用的光纖技術(shù)通信質(zhì)量高、安全系數(shù)高、穩(wěn)定、成本低，是一種十分理想的通信技術(shù)。2.1.3在傳媒行業(yè)的應(yīng)用。光纖的傳播損耗低，傳播的信息品質(zhì)好，在傳播行業(yè)中，傳播的主要以圖像音頻為主，所以對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性、傳播速度方面的要求非常高。而光纖技術(shù)能夠滿足傳媒行業(yè)對(duì)更高的信息傳播質(zhì)量的要求。2.1.4在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。光纖最具代表性的應(yīng)用就是與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用了，光纖技術(shù)傳出的信號(hào)更加清晰、更加快速，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)較高的信息傳遞質(zhì)量要求有極好的補(bǔ)充。由此使物流、電子商務(wù)以及網(wǎng)上銀行等互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加成熟。2.1.5在軍事中的應(yīng)用?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)主要以信息化戰(zhàn)爭(zhēng)為發(fā)展趨勢(shì)，而光纖通信的傳播安全指數(shù)高、信息更加可靠，這滿足了軍事行動(dòng)上的保密要求，所以在現(xiàn)階段，世界各國軍事方面對(duì)光纖技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。2.2光纖通信的未來發(fā)展趨勢(shì)。目前，就實(shí)際而言，經(jīng)過多年發(fā)展，傳統(tǒng)的光纖通信的應(yīng)用已經(jīng)接近成熟，我國基本實(shí)現(xiàn)光纖到戶（FTTH）的應(yīng)用，全光網(wǎng)已經(jīng)投入使用，未來，光纖技術(shù)的發(fā)展將向兩個(gè)方面進(jìn)行繼續(xù)發(fā)展：2.2.1塑料光纖的應(yīng)用。目前主流的光纖為石英光纖，主要成分為高純度的石英玻璃，即二氧化硅（SiO2）。其傳輸損耗低，因此得以廣泛應(yīng)用，但石英的機(jī)械強(qiáng)度較低，可撓性較差。而塑料光纖可以在保持較低的傳輸損耗的情況下，擁有更高的柔韌性，以適應(yīng)更加廣泛的使用環(huán)境。這種塑料光纖主要芯層材料是高透明聚合物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯。在目前最先進(jìn)的塑料光纖拉絲工藝（連續(xù)聚合紡絲法[5]）下，生產(chǎn)出的塑料光纖最低損耗可達(dá)20dB/km。2.2.2光孤子通信的發(fā)展。在信息傳輸過程中，光的損耗和色散仍限制著光纖通信的傳輸速度。光纖本身存在的色散現(xiàn)象，使目前的光纖線性通信系統(tǒng)中的光脈沖沿光纖展寬，隨著傳輸距離越遠(yuǎn)、光纖入纖功率越大，展寬現(xiàn)象越明顯，最后由于展寬后的信息傳播速度不同，導(dǎo)致信息畸變失真。人們分析光纖折射率的非線性（自相位調(diào)制[6]）效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)可以使光脈沖壓縮使其與光脈沖展寬相平衡，使光脈沖能長(zhǎng)距離不變形傳輸，因此產(chǎn)生了光孤子通信[7]技術(shù)。它使光脈沖擺脫了色散現(xiàn)象的影響，使通信容量再次提高了1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，中續(xù)距離達(dá)到幾百千米，是目前最有潛力的發(fā)展方式之一。當(dāng)下，光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)光孤子源技術(shù)、光孤子放大技術(shù)與光孤子開關(guān)技術(shù)已得到較大的突破。

3結(jié)論及展望

本文簡(jiǎn)要敘述了光纖通信系統(tǒng)的基本原理及構(gòu)成，并對(duì)光纖通信的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了歸納總結(jié)。光纖技術(shù)是現(xiàn)代信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)，在實(shí)際生活中有廣泛的應(yīng)用，未來發(fā)展前景廣闊。

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作者:陳梓遠(yuǎn) 單位:江蘇省張家港市暨陽高級(jí)中學(xué)