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浅谈光纤通信的发展

学校工作报告 时间:2021-07-29 10:09:22

随着全球信息化、网络化时代的到来,人们对光纤通信的要求不断提高,这也同时促进了光纤通信技术的发展。我国是一个通信大国,光纤通信产业对我国来说至关重要,目前我国的光纤通信系统正朝着超高速、超长传输距离、超大容量以及全光网的方向发展。近几年来,随着通信市场的逐步开放和发展,光纤通信技术也得以迅速发展。

光纤通信总体来说,就是通过将携带信息的光波注入光纤,以便在光纤中达到传输的目的。典型的通信系统如图1所示,发送端的电端机把信息进行模/数转换,用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD,输出发出携带信息的光波。光波经光纤传输后到达接收端,光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机,而电端机再进行数/模转换,恢复成原来的信息。调制方式可以有相位调制、频率调制、强度调制等,但从目前的技术和实用水平,大多都是采用的直接强度调制和直接检测的方式,并且一般采用数字调制的方式。

一、光通信的发展历史

(一)光通信的开端

1880年,贝尔利用太阳光作为光源,大气为传输媒质,用硒晶体作为光接收器件,成功地进行了光电话的实验,发明了第一个光电话,使通话距离最远达到了213米,这可以说是现代光通信的开端。但这种光的传播易受到气候和周围环境等条件的影响,使光波的传输距离大大降低。此后人们逐渐开始将研究的重点转入到地下的光波通信实验.

(二)光通信的里程碑

1966年,高锟博士在研究了光在石英玻璃纤维中传输的特性极其损耗问题之后,发现引起光在传输中损耗的主要原因是其中含有过量的铜、铁、铬、锰等金属离子和其他杂质,其次是拉制光纤时由于工艺技术等原因造成了芯、包层分界面的不均匀,导致光在玻璃纤维中传输的折射率也是不均匀的。

(三)光通信实质性突破的发展

1970年,在高锟研究理论的指导下,美国康宁公司率先成功的拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤,同年贝尔实验室也成功的研制出了可以在室温条件下工作的半导体激光器,这标志着一种崭新的光通信技术的诞生。

(四)光通信飞跃式的发展

1977年,美国在芝加哥开始了44.736Mbit/s的光通信实验。

1978年,日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光通信实验。

1979年,美国和日本均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器,并且同时进行了波长为1.31μm的多模光纤传输系统的光通信试验。

1980年,140Mb/s的多模光纤通信系统进入商用化阶段,并开始进行单模光纤通信系统的试验工作。

1990年,565Mb/s单模光纤通信系统进入商用化阶段,并逐步制订数字同步体系(SDH)的技术标准。

1993年,622Mb/s以下的SDH产品进入商用化阶段。

1995年-1996年,2Gb/s、10Gb/s 的SDH产品先后进入商用化阶段。

1997年,20Gb/s、40Gb/s的SDH产品实验工作取得突破性发展。

二、国内光通信的发展

1973年,武汉邮电科学研究院授命开始着手光纤通信的研究工作。由于当时我国正处于十年动乱这个特殊时期,导致国外的一些先进技术和经验基本无法借鉴,一切都要自己开发研究,这其中包括一些对光纤、光电子器件和光纤通信系统等的研究工作。

1978年,改革开放后,在国家的大力支持下,对光纤通信的研发工作也的大大加强,先后在北京、上海、武汉等地进行光纤通信系统的试验。

1982年,武汉开通了“八二工程”,中国的光纤通信系统开始进入了实用化阶段。

1987年,140Mb/s的单模光纤通信系统研制成功,并且已经初步形成以武汉、天津、上海为中心的三大光纤通信基地。

在之后的几年,光纤通信被大量采用,在传输干线上也全面取代了原先的电缆,光纤通信已经成为了中国通信的主要手段。

1999年,8×2.5Gb/s的波分复用光纤通信系统开始进入了商用化阶段。

2005年,3.2Tbps的超大容量的光纤通信系统开始了进入商用阶段。

目前,我国的光纤通信产业已具备了一定的规模,国产的光电子器件、光纤光缆和光纤通信系统不仅能够满足国内的通信建设之用,还有少量出口到国外。我国现阶段正在全面的进行信息化建设,光纤通信在我国仍有巨大的市场,3G移动通信网的建设、宽带业务的发展和扩容、一些城市和农村的发展建设等等都需要大容量的光纤网来支持。

三、光纤通信系统的类型

光纤通信系统可以按照系统所使用的传输信号的形式、光的波长和光纤类型、光接收和发送方式进行不同的分类。

(一)按传输信号分类

按传输信号分可以将光纤通信系统分为数字光纤系统和模拟光纤系统两类。

1、数字光纤系统

这是目前光纤通信最主要的通信方式。其主要优点是抗干扰性能力较强,使用再生技术时噪声的积累少,易于集成,转接交换方便。

2、模拟光纤系统

将图1中的信号不经过模数转换,脉冲编码调制,即为模拟通信系统。这种系统的优点在于经济,但是光电转换时噪声较大,所以一般只用于短距的传输。

(二)按波长和光纤类型分类

按波长和光纤类型可以将光纤分为四类。

1、短波长多模光纤系统。其通信容量一般在34M以下,中继长度10km以内

2、长波长多模光纤系统。其通信容量在140M以内,中继25km。

3、长波长(1310nm)单模光纤系统。其通信容量在560M以内,中继50km。

4、长波长(1550nm)单模光纤系统。其通信容量在560M以上,电中继上千公里。

四、光纤通信优点

光纤通信在这几年能够进入飞跃式的发展并且能够被广泛的采用,其主要在于它的特点正好满足了现在通信的需要:

(一)容量大:

没有其他的通信手段可以在容量上和光纤通信相媲美。

(二)中继距离长:

由于光纤的损耗较低,在光放大器的帮助下,可以无电中继传输4000km以上。

(三)抗干扰:

根本不受外界电磁波的影响、信号串扰小、传输质量佳。

(四)保密性好:

无辐射,基本没有光泄露的可能,难于窃听。

(五)经济效益好:

材料的来源丰富、环境保护好、价格较低廉。

(六)便于施工和维护:

体积小、重量轻,便于敷设、运输和维护。

(七)经久耐用:

光缆抗腐蚀能力强、适应周围的环境较强、使用寿命长。

五、光纤通信的缺点

光纤通信有固然有以上的许多优点,但还有许多不足之处:

(一)抗拉强度低、怕扭曲

(二)需要较高级的焊接技术和接续技术

(三)光纤长时间与水接触增大其传输损耗

(四)需要增加光/电和电/光的变换环节

六、光纤通信的应用

(一)光纤在公用通信网间可以作为传输主干线

(二)可以敷设在局域网间作为传输线路

(三)可用于光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线

(四)由于它是光信号传播,又可以作为危险环境下的通信线

(五)可以满足不同网络层面的应用

(六)光纤通信还可以应用于铁路、公路、矿山等通信专网

七、结论

光纤通信与通信技术的发展是密不可分的,它们的发展和应用是种相辅相成不断探索的过程,它的发展和应用不仅与国家的信息化建设有关,还与人们的日常生活紧密相连,所以不论是国内还是国外的科研人员、各运营商和各光纤通信设备的厂商,也一直努力的在光纤通信领域探索着,不断的推动着光纤通信产业向前发展。

参考文献:

[1]《通信系统》作者王秉钧、王少勇、孙学军,,西安电子科技大学出版社,1999

[2] 光纤通信基础 王鸿宾 内部公开文档

[3]《光纤通信》作者乔桂红,人民邮电出版社,2005

[4]《光纤通信原理》作者邓大鹏,人民邮电出版社,2003

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