淺談光纖的發展與前景
【摘要】分析光纖通信技術的發展歷史與特點,并對光纖通信技術的發展趨勢進行了展望。
【關鍵詞】光纖通信技術的發展 特點 前景
一、光纖通信的歷史
光纖通信的誕生與發展是電信史上的一次重要革命。1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發表論文,預見了低損耗的光纖能夠用于通信,敲開了光纖通信的大門,引起了人們的重視。1970年,美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖,光纖通信時代由此開始。1977年美國在芝加哥相距7000米的兩電話局之間,首次用多模光纖成功地進行了光纖通信試驗。8.5微米波段的多模光波為第一代光纖通信系統。1981年又實現了兩電話局間使用1.3微米多模光纖的通信系統,為第二代光纖通信系統。1984年實現了1.3微米單模光纖的通信系統,即第三代光纖通信系統。80年代中后期又實現了1.55微米單模光纖通信系統,即第四代光纖通信系統。用光波分復用提高速率,用光波放大增長傳輸距離的系統,為第五代光纖通信系統。新系統中,相干光纖通信系統,已達現場實驗水平,將得到應用。光孤子通信系統可以獲得極高的速率,20世紀末或21世紀初可能達到實用化。
二、光纖技術發展的特點
(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,光纖通信系統的于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。對于單波長光纖通信系統,由于終端設備的電子瓶頸效應而不能發揮光纖帶寬大的優勢。通常采用各種復雜技術來增加傳輸的容量,特別是現在的密集波分復用技術極大地增加了光纖的傳輸容量。目前,單波長光纖通信系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps。
(2) 損耗低,中繼距離長。目前,商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km,這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低;若將來采用非石英系統極低損耗光纖,其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離;對于一個長途傳輸線路,由于中繼站數目的減少,系統成本和復雜性可大大降低。
(3) 抗電磁干擾能力強。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,它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜。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。由于能免除電磁脈沖效應,光纖傳輸系還特別適合于軍事應用。
(4)無串音干擾,保密性好。在電波傳輸的過程中,電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串擾,而容易被偷聽,保密性差。光波在光纖中傳輸,因為光信號被完善地限制在光波導結構中,而任何泄漏的射線都被環繞光纖的不透明包皮所吸收,即使在轉彎處,漏出的光波也十分微弱,即使光纜內光纖總數很多,相鄰信道也不會出現串音干擾,同時在光纜外面,也無法偷聽到光纖中傳輸的信息。
除以上特點之外,還有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設;光纖的原材料資源豐富,成本低;溫度穩定性好、壽命長。由于光纖通信具有以上的獨特優點,其不僅可以應用在通信的主干線路中,還可以應用在電力通信控制系統中,進行工業監測、控制,而且在軍事領域的用途也越來越為廣泛。
三、光纖技術的發展前景
對光纖通信而言,超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標,而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。
(1)向超高速系統的發展。目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡,主要在北美,在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是,10Gbps系統對于光纜極化模色散比較敏感,而已經鋪設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統的要求,需要實際測試,驗證合格后才能安裝開通。它的比較現實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有很多種,但目前只有波分復用(WDM)方式進入了大規模商用階段,而其它方式尚處于試驗研究階段。
(2)向超大容量WDM系統的演進。采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1%,99%的資源尚待發掘。如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一極光纖上傳送,則可大大增加光纖的信息傳輸容量,這就是波分復用(WDM)的基本思路。采用波分復用系統的主要好處是:1.可以充分利用光纖的巨大帶寬資源,使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍;2.在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖和再生器,從而大大降低了傳輸成本:3.與信號速率及電調制方式無關,是引入寬帶新業務的方便手段;4.利用WDM網絡實現網絡交換和恢復可望實現未來透明的、具有高度生存性的光聯網。
(3)開發新代的光纖
傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網絡的發展需要方面已暴露出力不從心的態勢,開發新型光纖已成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前,為了適應干線網和城域網的不同發展需要,已出現了兩種不同的新型光纖,即非零色散光(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。從長遠來看,BPON技術無可爭議地將是未來寬帶接入技術的發展方向,但從當前技術發展、成本及應用需求的實際狀況看,它距離實現廣泛應用于電信接入網絡這一最終目標還會有一個較長的發展過程。
(4)全光網絡。未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段,也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化,但在網絡結點處仍采用電器件,限制了目前通信網干線總容量的進一步提高,因此真正的全光網已成為一個非常重要的課題。
目前,全光網絡的發展仍處于初期階段,但它已顯示出了良好的發展前景。從發展趨勢上看,形成一個真正的、以 WDM技術與光交換技術為主的光網絡層,建立純粹的全光網絡,消除電光瓶頸已成為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。
四、結語
光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重要作用。從現代通信的發展趨勢來看,光纖通信也將成為未來通信發展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來到來。
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