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PAGE9光纖通信

光纖通信是七十年代發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱。它是由玻璃材料（SiO2抽絲而成的一種光傳輸媒體。以光波傳送資訊，以光纖為傳輸介質(zhì)的通信方式稱為光纖通信。利用光進(jìn)行資訊傳遞的歷史至少可以追溯到我國古代的烽火臺(tái)，至今已有七百多年的歷史。隨后出現(xiàn)的海軍旗語、信號(hào)彈，乃至現(xiàn)在在大城市仍然使用的紅綠燈都是利用光進(jìn)行通信的。從近代科技的發(fā)展史來看，光通信的一個(gè)重大發(fā)明是1880年貝爾繼發(fā)明電話之后又發(fā)明了“光話”。以日光為光源，大氣為傳輸介質(zhì)，在200米的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)了語音信號(hào)的傳遞。但是這種初期的光通信所能傳送的資訊是十分有限的。一方面由于普通光源或日光成分復(fù)雜，振動(dòng)方向雜亂而無法調(diào)變；另一方面利用大氣為介質(zhì)進(jìn)行光通信損耗大，受氣候影響嚴(yán)重，不能全天候進(jìn)行，易受地理?xiàng)l件的限制。因此，貝爾的“光話”由于高強(qiáng)度光源的可靠度和低損耗介質(zhì)的穩(wěn)定性，仍未能解決而一直未能實(shí)用。1960年，正當(dāng)人們開始認(rèn)識(shí)到資訊對(duì)未來社會(huì)重要性的時(shí)候，美國的Maimen發(fā)明了紅寶石雷射二極體。由此，人們得到了良好的同調(diào)光，使光通信得到了新生。這更加激發(fā)了人們對(duì)低損耗導(dǎo)光介質(zhì)的研究熱潮。當(dāng)然，利用玻璃中的全反射原理傳光，早已為人們所熟知，并且已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到應(yīng)用（短距離傳光光纖束）。但到60年代中期，最好的光學(xué)玻璃的傳輸損耗仍高達(dá)1000dB/m。這意味著，如果要在一公里長的光纖末端檢測到一個(gè)波長為1μm的光子（其能量hν=2×10-19J），則在其入端要輸入的光的能量為2×1081J。這將遠(yuǎn)超過太陽系自形成以來的，全部輻射能量的總和。在希望渺茫的局面下，1966年英籍華人高錕（）博士和Hocham發(fā)表了一篇具有劃時(shí)代意義的論文，他們提出，如果利用帶有包屑材料的石英玻璃光學(xué)纖維（光纖）來進(jìn)行光通信，其損耗可能低于20dB/m。他們還指出，這類玻璃的理論最低損耗值比這一數(shù)值還要低得多。1970年美國的康寧公司果然制造出損耗為20dB/m的光導(dǎo)纖維（所使用光源的波長約為μm）。在此之后，光纖通信技術(shù)的進(jìn)展發(fā)生了急劇的變化，光導(dǎo)纖維已成為光纖通信系統(tǒng)中最優(yōu)越的傳光纖路。1972年康寧公司又生產(chǎn)出7dB/m的低損耗光纖，1973年，貝爾實(shí)驗(yàn)室又將此項(xiàng)指標(biāo)降為m，后來國際上又有m的光纖報(bào)導(dǎo)，1979年日本茨城通信研究所又研制出接近理論極限值的m的光纖。1970年初的另一重要事件是實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體雷射二極體的室溫運(yùn)轉(zhuǎn)。在此同時(shí)，發(fā)明了鎵-砷發(fā)光二極體。至此，光通信技術(shù)中的兩大難題——高強(qiáng)度光源的可靠度和低損耗介質(zhì)的穩(wěn)定性都得到了解決，使光纖通信技術(shù)受到了空前的重視。短短二十余年的發(fā)展時(shí)間，已從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱?，并帶來了巨大的社?huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前，橫跨大西洋海底和太平洋海域的光纖通信已正式使用，它可以提供40000路電話的通信，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率每秒可達(dá)億元。西方的一些發(fā)達(dá)國家已相繼建成了多條遍及國內(nèi)的光纖通信系統(tǒng)。美國、日本等亦正在著手建立全國光纖通信資訊網(wǎng)絡(luò)。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)本世紀(jì)30年代，有人提出這樣的觀點(diǎn)：“總有一天光通信會(huì)取代有線和微波通信而成為通信主流”。該觀點(diǎn)反映出光纖通信技術(shù)在未來通信已顯示出其重要性。（1）通信容量大理論上兩根光纖可傳送上百萬個(gè)電話和上百個(gè)電視節(jié)目。目前已成功地完成了30000路電話的系統(tǒng)（同軸電纜的通信容量最高只能傳送108000個(gè)電話），極適合于數(shù)位信號(hào)的傳輸。如果像電纜那樣把十幾根或上百根光纖組成光纜（即空間多工），再使用分波多工技術(shù)，其通信容量就會(huì)大得驚人。（2）中纖距離長光纖的突出優(yōu)點(diǎn)之一就是損耗小。目前，光纖的最低損耗已達(dá)m，甚至更低。若光傳送15公里，光強(qiáng)度還有原來的一半。有人比喻說，如果有一根針沉入10公里深的海底，假如海水的透明度與光纖相同，那么人在海面上可以把針看得非常清楚。相信，在不久的將來，損耗可能會(huì)有更新的突破。光纖的損耗如此之小，使通信無中繼傳輸距離大大增加。目前，單模光纖的最大中繼距離可達(dá)上百公里，比同軸電纜大幾十倍。（3）不受電磁干擾光纖是由非金屬的石英介質(zhì)材料構(gòu)成。因此，光纖通信，不受電磁干擾，傳送資訊保密性強(qiáng)。（4）資源豐富光纖的主要構(gòu)成材料是二氧化硅玻璃，其資源十分豐富。相對(duì)于用以制作電纜的銅、鉛等材料，可以說是取之不盡、用之不竭。（5）光纜重量輕、體積小相同話路的光纜要比電纜輕90%~95%（光纜重量僅為電纜重量的十分之一到二十分之一），而直徑不到電纜的五分之一。故運(yùn)輸和架設(shè)都比較方便。當(dāng)然光纖通信除上述優(yōu)點(diǎn)之外，光纖本身也有一些缺點(diǎn)。如光纖質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度低、需要比較好的切割及連接技術(shù)，分路、耦合比較麻煩。但這些問題都會(huì)隨著科技的發(fā)展而變得容易解決。光纖通信的類型光纖通信系統(tǒng)可以依系統(tǒng)所采用的傳輸信號(hào)形式、傳輸光的波長、光纖類型和光接收與發(fā)送方式進(jìn)行分類。無論哪一類光纖通信系統(tǒng)，基本上都是由光發(fā)送機(jī)、光傳輸線和光接收機(jī)三部分組成。上述的光纖系統(tǒng)，加上適當(dāng)?shù)慕槊嬖O(shè)備，就可作為一個(gè)單獨(dú)的“光元件”插入現(xiàn)有的數(shù)位和類比通信、有線和無線通信系統(tǒng)中。（1）依傳輸信號(hào)分類依光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，可分為類比光纖通信系統(tǒng)和數(shù)位光纖通信系統(tǒng)兩大類。①數(shù)位光纖通信系統(tǒng)數(shù)位光纖通信系統(tǒng)是目前光纖通信的主要形式。電信號(hào)是采用脈沖編碼調(diào)變（）和長波長（μm、μm；采用的光纖有單模光纖和多模光纖。光纖通信依所采用的光源波長和光纖種類可分成以下四種類型：①短波長多模光纖通信系統(tǒng)這種系統(tǒng)采用發(fā)光峰值波長為μm的雷射二極體（LD）或發(fā)光二極體（LED）作為光源，多模光纖作為光的傳輸通道，其通信容量一般在480路以下（速率在34Mbit/s以下），中繼距離約10m。②長波長多模光纖通信系統(tǒng)這種系統(tǒng)的光源（LD或LED）的峰值波長為μm，中繼距離在20m以內(nèi)，傳輸速率一般為34Mbit/s。③長波長μm單模光纖通信系統(tǒng)這種通信系統(tǒng)的光源是峰值波長為μm的單縱模雷射二極體，采用單模光纖作傳輸通道，其傳輸速率一般為140~565Mbit/s，中繼距離可達(dá)30~50m。④長波長（μm）單模光纖通信系統(tǒng)這種光纖通信系統(tǒng)是性能更為優(yōu)越的光纖通信。它對(duì)單模光纖的波散及單縱模雷射二極體的要求比較高，目前正處于研制階段。（3）其他類型的光纖通信系統(tǒng)1）同調(diào)光通信系統(tǒng)光纖通信進(jìn)入電信網(wǎng)路、光纖產(chǎn)業(yè)的形成，使光纖通信的光明前景變成了現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。然而，直到現(xiàn)在，光纖通信仍基本上是處于代替電信電纜的地位，光纖通信仍處于發(fā)展的初級(jí)階段。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)有許多還沒有得到發(fā)揮。同調(diào)光通信是采用調(diào)諧性良好的光載波，利用電信號(hào)調(diào)變，再經(jīng)光纖送入光接收機(jī)。接收機(jī)接收到的光信號(hào)與接收機(jī)內(nèi)部振蕩所產(chǎn)生的光載波在滿足相位匹配和振幅匹配的條件下進(jìn)行混頻，輸出與光信號(hào)和接收機(jī)產(chǎn)生之光信號(hào)強(qiáng)度之和的平方成正比的中頻信號(hào)電流。該信號(hào)的大小與光載波信號(hào)的振幅、頻率、相位和偏振有關(guān)。所以，這種接收機(jī)可以解調(diào)強(qiáng)度、相位、頻率和偏振調(diào)變的光波。只要通過外差檢測把光載波信號(hào)轉(zhuǎn)移到中頻區(qū)域后，就能夠利用普通的電技術(shù)進(jìn)一步處理電信號(hào)。同調(diào)光通信的優(yōu)點(diǎn)是：①提高了光接收機(jī)的靈敏度10~25dB。如果光纖的衰減為m，靈敏度可提高20dB，這相當(dāng)于中繼距離增加100m。②使通信速率可達(dá)Gbit/s的數(shù)量級(jí)。③可進(jìn)行高密度分波多工（