小议光纤通信的关键技术与发展趋势范文

一、光纤通信的特点

（1）带宽大，容量高。光纤比传统的电路通信具有更高的传输速率，但是光纤通信会受到光纤的色散和光源的调制等特点的限制[9~10]。光纤通信时采用单一的波长，电子终端仪器都具有通信瓶颈，使得光纤的大宽带特点不能充分体现。往往使用其它技术来提高通信容量，尤其当前采用的密集波分复用方法使得光纤通信容量增大。现在单波长方式进行的光纤通信速度最高可达10Gbps。

（2）损耗较低，具有较长的通信中继距离。使用石英光纤进行通信传输，其损耗低于大多数其它传输媒体。未来使用其它具有更低损耗的光纤，预计还可以大幅度使损耗降低[11]。这也表示，依据光信通信体系，会使无中继距离大大增加；而对长距离通信线路来说，减少使用中继站，能大幅度削减系统的成本。

（3）对于电磁波具有很强的干扰能力。光纤是一种绝缘体，它一般用石英制作，所以能抵抗腐蚀，绝缘性能高。另一个相关的主要特点是它的光波对电磁波具有较强的干扰能力，能够抵御闪电和电离层干扰，也不受太阳黑子影响，更不受人工的电磁波、高压设备和复杂电路系统如光缆等的影响[12]。

（4）信道间干扰小，保密效果好。在传输电磁波时，它的泄漏会使传输信道之间相互干扰，窃听信息变得可能，保密效果差。而使用光纤通信时，由于光信号约束在光波导中，不透光的光纤包层会吸收掉所有泄漏的光波。甚至在拐弯的地方，即使存在大量光纤，泄漏的光波总量也很少，信道之间相互干扰也小，使得从光纤外部窃听信息变得不太可能[13]。除了这些，光纤的直径小，质量轻巧，比较柔软和方便架设也是其主要特点。制作光纤的原料充足，价格便宜，能适应不同的温度，使用时间长。因为光纤的这些特点，在通信时，它既用在主干线上，也用于电力系统中，可以监督、调控工业，逐渐在各行业使用起来。

二、光纤通信的关键技术

1运用光纤和光缆技术

有两点可以说明光纤技术得到了提高：（1）传输信息时采用的光纤；（2）运用于特殊用途的光纤。以前光纤仅有3个通信窗口，第一、第二和第三串口，波长分别为850nm、1310nm和1550nm。这几年也研发了L波段和全波光纤的第四和第五窗口，还有S波段[14~16]。使用这些窗口的主要意义是它扩宽了光频，在1280nm~1625nm波段内通信，损耗较低，色散小，成倍地增加了传输容量。采用这项技术提高了经济产出。另外，开发和使用特种光纤，也是一个颇具发展前景的行业。

2有源的光元件

研制和是开发有缘的光元件的行业较为活泼，但是目前已经获得很大的成功，所以发展前景有所减小。现在使用较多的超晶格和量子阱电子元件已经能批量制造并商业化，像多量子阱这类激光器。

3无源的光元件

无源的光元件对于光纤通信一样很重要，光纤的接入和运用，促进了无源光元件大量研发。普通的器件已经大规模运用，种类和功能也逐渐得到扩展和完善。而无源的光器件由于其能耗低、品种多、性能全面等优点，广泛运用于光通信系统中。它主要是被用来使光波导和光路得到连通，操控光波的传输方向，调配光波的功率，维护光波导和元件的光耦合，分解和合成光路，维持光信号的交互和连接等[17]。以前开发的光无源器件品种多、数量大，已经能批量生产并商业化，除国内使用外也销往国外。现在能少量生产光路的分解、信号衰减和隔离元件。光纤通信促进了光无源器件的发展，如色散补偿器、光信号连接器、环形器等的出现。虽然这些产品还在初步开发阶段，但也能少量进行生产。根据光纤技术的发展形势可以得出，如大量使用光纤接入网，无源光元件的使用量将大大超过有源器件，这也是接入网发展导致的必然趋势。在整个通信领域，接入网占份额较大，所以接入网有着巨大的发展前景。

4光的复用技术

光的复用方式多种多样，主要是WDM和OTDM两类。光复用技术在通信行业发展极为火热，大大促进了光通信产业的前进，使传输技术得到了巨大提高。波分复用目前使用较多的是273个波长，但是研究能达到1022个，很快就能达到几千个波长，而在理论上可达15000个波长的极限，包含了OPDM。多伦多在20世纪末有过报道，使65536个光波集中于一条光纤中，使用声光控制手段，将数字信号显示在广告板上，展示出了密集波分复用手段的重大作用。光时分复用指的是在不同时间，采用相同的频率进行不同信息的传输。这项技术的传递速率能高达320Gb/s。如果结合波分复用和光时分复用，则通信时的容量会得到大幅度提高。

5光信号的放大技术

光纤通信中，一个好的技术成果就是光放大器的研发和使用，它使得光复用、AON和光孤子通信技术较快发展。光放大器，简单地说，就是只用来放大光信号的。以前，信号的放大要依靠O/E/O的转换，现在依靠光放大器后很方便地就能放大信号[18]。从通信行业发展形势分析，光纤通信会成为将来通信行业发展的热门。和其它领域相比，光纤通信的意义非凡，会在将来的信息时代中发挥巨大功效。光纤通信技术是将会朝着大容量、长距离的方向发展，使得光交换和全光网络的运用变得广泛。

三、光纤通信的发展趋势

1光的接收和发送模块

当前网络传送的重要方式是光纤通信，光收发模块用作接入网的主要元件，促进了干线光传统体系成本的降低，光网络的配置也越来越完善。通信装置的体积逐渐变小，接口密度逐渐提高，使得生成的光器件必须降低成本和功耗低。光收发模块的发展也应该提高频率和传送速度，增大容量和传输距离。

2实现光纤的用户到家

我国的FTTx计划还在试运行时期，不够成熟，但是三网的合并和光电子元件的发展，光收发模块和光纤成本的减小，还有较宽容量，使得光纤到户计划加快进行。FTTx未来会在光通信市场有重大应用，在加快信息通信的需求下，要使光纤达到小区每个办公室、每户住宅，解决光纤到户问题。老城区和农村要实现FTTC和FTTN。在无线通信中，都将使用接入网，但这需要光纤接入到每一用户来提供支持，相当于光纤到户。将来最具发展前景的就是光纤到户和无线接入的结合。

3新型的光纤光缆

新一代网络需要铺设大的传输容量的光纤设备，而干线网和城域网对通信提出的要求不同，因此开发了两种新型光纤来满足需要。一种叫做非零色散光纤，另一种是无水吸收峰光纤。XPON的应用在将来宽带接入技术方面会大有前景。但是考虑到现在的技术发展和实际成本等，电信接入网络大量运用这一技术还需要很长一段时间，所以新型光纤的研发将是必然的发展趋势。

4光通信网络产品

使网络的链路层结合，通过高性能的路由器，用其来实现WDM（中文称为光波复用）这种特有波长而直接连接的互联网络，成为光互联网络。它可以提供用户很大的宽带，满足网络发展所需的大容量要求，所以这就必须借助于一些光通信互联网络产品。这些产品包括：光转发仪、OADM、光开关、光放大仪、OXC等等[19]。光互联产品的广泛运用可以使得拓扑结构变得更加得自由灵活，也使光交换和全光路由技术逐渐蓬勃发展，最终有可能实现全光网技术的应用。

5AON技术

在通信领域，将来会依靠AON（全光网）来提高传输速率。AON是光纤通信将来能达到的最高水平。以前的光网络采用的只是结点之间的全光化，而节点处还是使用电器件，使得干线总容量的增加受到制约，所以实现真正的全光化是一个关键项目。AON用光结点替换电结点，实现结点间的全光化，一直通过光波的方法传输与交互信息，用户使用交换机分析数据不用以Bit实现，可以用波长来决定。现在全光网络发展还不够成熟，但是它的发展潜力具体。从长远来看，要建立一个实用的、结合WDM和光交换方法的网络体系，实现全光化，解决电光瓶颈，在将来会是广泛使用光通信的必然要求，也是将来网络的重点，还是通信技术提升的最理想水平。

四、结语

在光纤通信中，损耗和色散在普通的线性系统中制约了传送容量和距离。随着光纤制作技术的逐渐加强，光纤损耗已达极限，所以色散问题是大容量、长距离传输信息的限制因素，必须解决。人们为此进行了不止一个世纪的讨论，知道了光纤有非线性行为，它能产生光孤子，可以解决色散问题。所以采用光孤子通信将是新世纪通信行业中，最具发展潜力的一种新的光纤通信方式。光纤通信从出现到现在，使通信行业发生了大的变化，促进了通信朝着大容量、高效率的方向发展。现在光纤通信是重要的信息传递手段，目前暂时没有其它的技术可以代替。全世界通信领域在萧条状态时，光纤通信前进的脚步也没终止过。对于中国，2001年光光通信市场处于低迷状态，但是2002年还是发展较快，有着增长的趋势。就现在的发展情况而言，将来光纤通信会超着两个主要特点进行发展，即高速率地传送信息和提高传输容量，使主干传送转变为OTN光传送，最后使全光网技术得到实现；逐渐削减接入网成本，以光纤到家为终极目标来进行。就目前通信业的发展形式而言，光纤通信必然会成为将来通信行业的领导者。在不久的将来，人们就可以真正实现光纤到户和实现全光网络。（本文作者：李光、赵亮单位：北京市海军司令部信息化部、91917部队）