光纤通信及其器件的研究现状及进展

吴小所

摘 要：光纤通信抗电磁干扰能力强、信息容量大、保密性好、易于取材等特点备受人们关注，近年来得以迅猛发展，在诸多领域已有大规模的应用。文章阐述了光通信器件的优点，目前大规模应用的波分复用（WDM）技术和光时分复用（OTDM）技术及两者技术的结合应用、光孤子脉冲通信的发展现状及全光网络的发展势头和亟待解决的关键技术，对于了解光纤通信及其器件的研究现状及进展有一定的参考意义。

关键词：全光网络；光时分复用（OTDM）；光孤子脉冲

光纤通信以其抗电磁干扰能力强、信息容量大、保密性好、易于取材等特点备受人们关注，近年来得以迅猛发展[1]。目前光纤已在有线通信的大部分领域展开了广泛应用，已成为信息传输和处理的主流手段，全光网络也将会在全人类期望中快速到来[2]。

图1

光纤通信与传统通信方式不同，是用光信号而不是电信号作为信息的载体，在光纤中进行传输的通信方式。由于光波段的频率要比电波段的频率高得多，与此同时，光波的传输介质的光纤要比电波的传输介质导波管或同轴电缆对能量的损耗小得多。由通信的基本原理可知光纤通信的信息容量要比微波通信大几十倍甚至更多。由玻璃材料构造的光纤是电气绝缘体，且相互之间的串扰很小。同时光是在依靠波导进行传输，所以不会产生信息被人窃听的危险，光纤自身也很细，即使多根绑定在一起所占空间也很小，相对电缆来说能解决管道拥挤问题。

波分复用（WDM）技术的出现大大地提高了传统光纤系统的通信容量，在国际跨通信系统中具有较好的应用前景。目前大量商用WDM系统的速率已达1.6Tbit/s，全光网络的传输距离也在迅速扩展。常用提高通信容量的另外一种途径是光时分复用（OTDM），两者方式的本质不同，WDM是增加单个光纤的通信信道数提高通信容量的，而OTDM是通过增加单信道速率来实现的，单信道通信速率目前已达640Gbit/s。

目前最新的方法是把N个OTDM波分复用来提高通信容量，大大提高了传输速率。偏振复用（PDM）技术的引入大大减弱了信道间的串扰。归零（RZ）码在传输的过程中占空比较小的原因进一步降低了色散管理分布的要求，与此同时归零码对光纤偏振模色散（PMD）的和非线性的适应能力较强等原因，目前大容量长距离通信系统大多采用归零编码。

光纤中输入的光功率较小时，一般认为是线性系统，但随着输入功率的增加将会产生光孤子脉冲、受激拉曼散射和受激布里渊散射等现象，由此表现为非线性。

光孤子脉冲具有皮秒的脉宽和自整形能力，适合用于大容量长距离的光信息传输。掺饵光纤放大器的出现更进一步拓展了光孤子的通信距离。贝尔实验室已经成功的将激光脉冲输送了5920km，还用光纤环实现了传输速度5Gbit/s、传输距离15000km的单信道孤子传输系统和速度为10Gbit/s距离为11000km的多信道复用系统。我国的光弧子通信技术的也获得了阶段性成果，实现了速度为20Gbit/s距离105km的通信。

光通信技术的最终发展目的是实现全光网络系统，目前光网络系统仅仅实现了网络节点间的光化处理，在节点处依然采用的是电子器件来实现，阻碍的通信网络容量的进一步提高，因此全光网络的实现是目前亟待解决的问题。

全光网络的已表现出良好的发展势头，目前主要的任务是采用光交换技术和WDM技术相结合，消除电光瓶颈，建立纯粹的光网络，这是通信技术发展的理想阶段[3][4]。

光纤通信系统中光源是一个重要的组成部件，可以将电信号转换为光信号后在光纤内部传输。目前常用的光源是半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。

目前常用的光电检测器件有APD雪崩光电二极管、PN光电二极管和PIN光电二极管。光电检测器件目前主要功能已基本实现，由于光经过传输后一般功率较小，以后主要设计出灵敏度高的器件。另外一个问题是器件工作时电信号存在延时，随着传输速度的提高，对器件的响应速度也有了更高的要求，相应的制造工艺的要求也较高。

总之，在迅猛发展的信息时代，光纤通信由于自身优势的存在正在稳步向前飞速发展，向着更高速度、更高性能的全光网络方向发展。

参考文献

[1]李汉.基于以太网的无源光网络组成应用研究[J].计算机技术与信息发展，2012（8）：80-81.

[2]金兴华，纪卫华.以太无源光网络EPON技术及其在军事通信中的应用[J].数据通信，2012（3）：16-19.

[3]韦乐平.光网络的发展趋势与挑战[J].电信科学，2011（2）：1-6.

[4]胡兴军.全光网络技术及市场[J].有线电视技术，2005（2）：18-21.