光纤通信技术20034.doc

光纤通信技术光纤通信技术 2003420034光纤通信技术光纤即为光导纤维的简称光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式光导纤维通信简称光纤通信可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆光纤通信具有以下特点： (1)通信容量大、传输距离远 (2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳 (4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜 (6)无辐射,难于窃听, (7)光缆适应性强,寿命长 (8)质地脆，机械强度差 (9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。

(10)分路、耦合不灵活 (11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm） (12)有供电困难问题 就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等光纤光缆技术光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤早期光纤的传输窗口只有 3 个，即 850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及 1550nm(第三窗口)近几年相继开发出第四窗口(L 波段)、第五窗口(全波光纤)以及 S 波段窗口其中特别重要的是无水峰的全波窗口这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm 到 1625nm 的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长这一技术成果将带来巨大的经济效益另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域光复用技术复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术光复用技术种类很多，其中最为重要的是波分复用(WDM)技术和光时分复用(OTDM)技术光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。

其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端波分复用当前的商业水平是 273 个或更多的波长，研究水平是1022 个波长(能传输 368 亿路)，近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为 15000 个波长(包括光的偏振模色散复用，OPDM)而光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术光时分复用(OTDM)的原理与电时分复用相同，只不过电时分复用是在电域中完成，而光时分复用是在光域中进行，即将高速的光支路数据流(例如 10Gbit/s，甚至 40Gbit/s)直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据流光放大技术光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展顾名思义，光放大器就是放大光信号在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即 O/E/O 变换有了光放大器后就可直接实现光信号放大 光放大器主要有 3 种:光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。

光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质每一种掺杂剂的增益带宽是不同的掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L 频带; 掺铥光纤放大器的增益带是 S 波段;掺镨光纤放大器的增益带在 1310nm 附近而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应喇曼散射在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似其工作带宽是很宽的但增益幅度稍小一些，制造难度较大这种光放大器虽然已实用了，但产量很小 光交换技术光交换技术是指不经过任何光／电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端目前已见报道的光交换技术的交换方式主要可以分为，空间分光交换方式，时分光交换方式，波分光交换方式，ATM 光交换方式，码分光交换方式，自由空间光交换方式和复合型光交换方式等等空分光交换的基本原理是将光交换节点组成可控的门阵列开关, 通过控制交换节点的状态可实现使输入端的任一信道与输出端的任一信道连接或断开,完成光信号的交换。

时分光交换方式的原理与现行电子学的时分交换原理基本相同, 只不过它是在光域里实现时隙互换而完成交换的在光时分复用系统中, 可采用光信号时隙互换的方法实现交换在光波分复用系统中, 则可采用光波长互换(或光波长转换) 的方法来实现交换光波长互换的实现是通过从光波分复用信号中检出所需的光信号波长, 并将它调制到另一光波长上去进行传输光 A TM 交换是以 A TM 信元为交换对象的技术, 它引入了分组交换的概念, 即每个交换周期处理的不是单个比特的信号, 而是一组信息光 ATM 交换技术已用在时分交换系统中, 是最有希望成为吞吐量达 Tb?s 量级的光交换系统码分光交换, 是指对进行了直接光编码和光解码的码分复用光信号在光域内进行交换的方法自由空间光交换可以看作是一种空分光交换, 它是通过在空间无干涉地控制光的路径来实现的由于各种光交换技术都有其独特的优点和不同的适应性, 将几种光交换技术合适地复合起来进行应用能够更好地发挥各自的优势, 以满足实际应用的需要已见介绍的复合型光交换主要有: (1) 空分?时分光交换系统; (2) 波分?空分光交换系统; (3) 频分?时分光交换系统; (4) 时分?波分?空分光交换系统等光纤通信技术的发展趋势 (一)向超高速系统的发展。

从过去 20 多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高 4 倍，传输每比特的成本大约下降 30％～40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去 20 多年来一直在持续增加的根本原因目前商用系统已从 45Mbps 增加到 10Gbps，其速率在 20 年时间里增加了 2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多二)向超大容量 WDM 系统的演进采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的 200nm 可用带宽资源仅仅利用了不到1％，99％的资源尚待发掘三)实现光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想四)新一代的光纤近几年来随着 IP 业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础五)光接入网过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。