光纤通信的特点和发展

王恒 史亚晨 张国欣 梁国茂

【摘要】光纤通信自问世以来已经得到广泛的应用，并已逐渐用于用户系统。光缆将取代过去用户系统无法实现宽频信息传输的传统线路，这样便可提供高质量的电视图像和高速数据等新业务，以满足人们广泛的生活和业务的需要。文章简要介绍了光纤通信的特点优势，并从促进传输体制、超大容量WDM系统、纳米技术以及光孤子通信系统论述了光纤通信技术的发展前景。

【关键词】光纤 光纤通信 光孤子通信

一、光纤通信技术的特点

1. 通信容量大

由于光纤通信使用的光波具有很高的频率，因此光纤通信具有很大的通信容量。目前实用水平为每对光纤传输480000多路电话信号，比同轴电缆3600路的通信容量大得多。

2. 抗电磁干扰能力强，传输质量佳

石英有很强的抗腐蚀性，而且绝缘性好。它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强，不受外部环境的影响，也不受人为架设的电缆等干扰。这一点对于在强电领域的通信应用特别有用，而且在军事上也大有用處。

3. 损耗低，中继距离长

由于光纤的衰减很低，所以能够实现很长的中继距离。目前，实际使用的光纤是石英光纤，和目前使用的其他传输介质相比损耗是最低的，最大中继距离可达200km以上。如果将来使用非石英介质的极低损耗光纤，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平，则光纤通信系统的中继距离可以达到数千、甚至数万千米。

二、光纤通信的发展趋势

1.促进传输体制的全面转向

传统的光纤通信是以准同步传输体制（PDH）为基础的，随着网络日趋复杂和庞大，以及用户要求的日益提高，这种传输体制正暴露出一系列不可避免的内在缺点。于是，一种有机地结合高速大容量光纤传输技术和智能网技术的新传输体制——光同步传送网应运而生，ITU-T将之称为同步数字体系（SDH）。

这种SDH传输体制有一整套完整严密的技术规范，它有全世界统一的网络节点接口，从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接和交换过程;它有一套标准化的信息结构等级，安排有丰富的开销比特用于网络的管理和维护;它有统一的标准光接口，允许不同厂家设备在光路上互通;它大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便。

2.纳米技术与光纤通信

纳米是长度单位，为10-9米，纳米技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。建立在微米/纳米技术基础上的微电子机械系统（MEMS）技术目前正在得到普遍重视。在无线终端领域，对微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能将各种功能单元集成在一个单一芯片上，即实现SOC（System On a Chip），而通信工程中大量射频技术的采用使诸如谐振器、滤波器、耦合器等片外分离单元大量存在，MEMS技术不仅可以克服这些障碍，而且表现出比传统的通信元件具有更优越的内在性能。德国科学家首次在纳米尺度上实现光能转换，这为设计微器件找到了一种潜在的能源，对实现光交换具有重要意义。

3.向超大容量WDM系统的演进

电的时分复用系统的扩容局限性很大，而光纤可用带宽资源仅仅利用率低于1%，还有99%的资源还未得到利用。如果将多个波长的光源信号同时在一芯光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用（WDM）的基本思路。基于WDM近几年来技术上的重大突破和市场的巨大驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的WDM系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320Gbps（2×16×10Gbps）。美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps（80×2.5Gbps）或400Gbps（40×10Gbps）。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps（130×20Gbps）。可以认为，近两年来超大容量密集波分复用系统的发展是光纤通信发展史上的又一次划时代的里程碑。

4.光孤子通信系统

在常规的光纤通信系统中，光纤损耗和色散是限制其传输容量和距离的主要因素。由于光纤制作工艺的不断提高，光纤损耗已接近理论极限，因此光纤色散已成为实现超大容量、超长距离光纤通信的“瓶颈”，以待解决。人们经过很长时间来探讨，发现由光纤非线性效应所产生的光孤子可以抵消光纤色散的作用，利用光孤子进行通信，可以很好解决这个问题，从而形成了新一代光纤通信系统，也是21世纪最有发展前途的通信方式。

任何事物都是在发展中前进，光通信在超长距离、超大容量发展进程中，遇到了光纤损耗和色散的问题，限制了其发展的空间。科学家和业内人士受自然界的启发，发现了特殊的光孤子波，人们设想在光纤中波形、幅度、速度不变的波就是光孤子波。利用光孤子传输信息的新一代光纤通信系统，真正做到全光通信，无需光、电转换，可在超长距离、超大容量传输中大显身手，是光通信技术上的一场革命。

目前已提出的光孤子通信实验系统的构成方式种类较多，但其基本部件却大体相同，下图1所示即为其基本组成结构。

图中的孤子源并非严格意义上的孤子激光器，而只是一种类似孤子的超短光脉冲源，它产生满足基本光孤子能量、频谱等要求的超短脉冲。这种超短光脉冲，在光纤中传输时自动压缩、整形而形成光孤子。电信号脉冲源通过调制器将信号载于光孤子流上，承载的光孤子流经EDFA放大后进入光纤传输。沿途需增加若干个光放大器，以补偿光脉冲的能量损失。同时需平衡非线性效应与色散效应，最终保证脉冲的幅度与形状稳定不变。在接收端通过光孤子检测装置、判决器或解调器及其它辅助装置实现信号的还原。

参考文献：

[1]王磊，裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息，

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[2]赵兴富.现代光纤通信技术的发展与趋势[J].电力系统通信，

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