阐述光纤通信的应用及发展趋势

摘要：随着科技的发展，光纤通信因其优点得到了广泛应用，需要加大技术投入并对其发展趋势进行研究。

关键词：光纤通信；应用；发展趋势

中图分类号： TN929.11 文献标识码： A 文章编号：

前言

光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光导纤维通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤通信作为一门新兴技术，在近30年来迅猛发展，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。

光纤通信的优点

1、频带极宽，通信容量大

光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到10Gbps。

2、损耗低，中继距离长

目前，商品石英光纤损耗可低于0～20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；若将来采用非石英系统极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离；对于一个长途传输线路，由于中继站数目的减少，系统成本和复杂性可大大降低。

抗电磁干扰能力强

光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受人为释放的电磁干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。

无串音干扰，保密性好

光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在光波导结构中，而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，即使在转弯处，漏出的光波也十分微弱，即使光缆内光纤总数很多，相邻信道也不会出现串音干扰，同时在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。

二、光纤通信网络技术及应用

1、光弧子通信

（1） 光弧子通信技术的起源及基本原理

弧子是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲壮行波。 光弧子脉冲能在光纤中保持传输。光脉冲在光纤中传输时有两种作用影响脉冲的传输，一种是光纤色散作用，光纤色散使光脉冲在时域上展宽，展宽到一定程度后将引起相邻脉冲的叠加，产生误码。 另一种是光纤的非线性作用，这种作用将引起光脉冲在频域上展宽，在时域上压缩，也影响光通信。 而光弧子是一种具有双曲正割形状的光脉冲，这种脉冲在光纤中传输是利用光线的群速度色散和非线性作用中的自相位调制两种影响达到平衡的情况下，从而能保持原来的形状传输。 利用光弧子这种特性，可以实现超长距离、超大容量的光通信，它的传输容量比当今最好的通信系统高出 1-2 个数量级，中继距离可达几百公里。

（2）光弧子通信技术的新进展

掺铒光纤放大器的问世，损耗问题得到了很好地解决，但是随着弧子脉冲源脉宽得越来越窄，色散作用越来越影响弧子的传输，于是对色散进行补偿成为一个紧要技术。 现有两大补偿技术：一类是弱色散和局部色散补偿，另一类是周期性全局强色散补偿。对工作在零色散波长处的单信道通信系统来说，光弧子通信系统的性能并不比工作常规系统更好。 但是工作常规系统容易收到群色散的影响，从而对其传输速率有所限制，特别是在多信道系统中，这种影响又将限制其传输容量。 而光弧子系统却可以将不同的波长的多信道复用到一根光纤中传输，因而，多信道光弧子通信系统具有广阔的应用前景。

2、全光通信网

（1） 全光网的概念

随着通信网传输容量的增加， 光纤通信技术也发展到了新的高度。 全光网是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而在其各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备。 在全光网中，由于没有电的处理，所以容许存在各种不同的协议和编码形式，使信号传输具有透明性。

全光网主要是由光网络层、电网络层构成 全光通信中采用

了光复用、光交换和其他的光处理技术，从而实现任何点与点之间的全程光信号的交互和传输。

（3）全光网的特点

全光网以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式具有透明性的优点。全光网不但可以与现有的通信网络兼容，还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。全光网络具备可扩展性，网络可同时扩展用户、容量和种类。全光网络还具备可重构性，可以根据通信容量的需求，实现恢复、建立和拆除光波长连接，即动态的改变网络结构，可为突发业务提供临时连接，从而充分利用网络资源。由于全光网比现有的网络多了一个光网络层，而光网络层中有许多光器件，因此可靠性高，而维护费用降低。

三、光纤通信的发展趋势

1、向超高速系统的发展

目前10Gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。

2、向超大容量WDM系统的演进

采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1％，还有99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。基于WDM应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的WDM系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320Gbps(2×16×10Gbps)，美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps(13×20Gbps)。预计不久的将来，实用化系统的容量即可达到1Tbps的水平。

3、实现光联网

上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施(NJJ)奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。

结束语

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也必然不断增长，一定会超过现有网络能力，推动通信网络的继续发展。因此，光纤通信技术在应用需求的推动下，一定不断会有新的发展。

参考文献

[1] 李海,宋元胜,吴玉蓉编著.光纤通信原理及应用.北京:中国水利水电出版社,

2005．

[2] 杨祥林,温扬敬.光纤弧子通信理论基础.北京:国防工业出版社,2000．

[3] 谢希仁编著.计算机通信网（第 4 版）.北京:电子工业出版社,2005.8．国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。