通信" target="_blank">光纖通信技術(shù)(optical fiber communications)從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信作為一門(mén)新興技術(shù)，其近年來(lái)發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見(jiàn)的，也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來(lái)信息社會(huì)中各種信息的主要傳送工具。光纖即為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外，在應(yīng)用中，光纖常按用途進(jìn)行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱之為“有線”光通信。當(dāng)今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。

一、什么是光通信?

光通信是利用光信號(hào)進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它是一種高速、大容量、低損耗、抗干擾能力強(qiáng)的通信方式，已成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。在光通信中，光源將信息轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，接收端再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行解碼。光通信廣泛應(yīng)用于電信、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療、廣電等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光通信的傳輸速率和容量不斷提高，為人們的生活和工作帶來(lái)更多的方便。

光通信的優(yōu)點(diǎn)：

(1)通信容量巨大

理論上，一根光纖可以同時(shí)傳輸100億個(gè)話路，目前同時(shí)傳輸50萬(wàn)個(gè)話路的試驗(yàn)已經(jīng)成功，比傳統(tǒng)同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬(wàn)倍。

(2)中繼距離長(zhǎng)

光纖具有極低的衰耗系數(shù)，配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送、光接收設(shè)備、光放大器、前向糾錯(cuò)等技術(shù)，可使其中繼距離達(dá)數(shù)千公里以上，而傳統(tǒng)電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無(wú)法與之相比。

(3)適應(yīng)力強(qiáng)

具有不怕外界強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

(4)保密性能好

(5)體積小、重量輕

光通信缺點(diǎn)：

(1)光纖結(jié)構(gòu)較為脆弱，機(jī)械強(qiáng)度差，需要保護(hù)

(2)光纖的切斷和連接操作技術(shù)要求高

(3)分路、耦合操作較為繁瑣

二、光通信的發(fā)展歷史

20世紀(jì)60年代，光通信開(kāi)始發(fā)展，并且在未來(lái)幾十年中得到了迅速發(fā)展。以下是光通信的關(guān)鍵歷史節(jié)點(diǎn)：

1960年代，光通信的發(fā)展始于1960年代，最初是通過(guò)空氣中的激光束進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。

1970年代初期，光通信開(kāi)始用于長(zhǎng)距離的電話通信，但光纖材料的制造和光源技術(shù)的進(jìn)步仍然是主要難點(diǎn)。

1980年代，光通信進(jìn)入了高速發(fā)展期。隨著光纖材料的制造和光源技術(shù)的不斷改進(jìn)，光通信的傳輸速率和傳輸距離都得到了顯著提高。

1990年代，光通信技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起到了重要作用。1997年，全球光通信市場(chǎng)價(jià)值超過(guò)100億美元。

2000年代，光通信技術(shù)進(jìn)一步提高了傳輸速率和傳輸距離，如Wavelength Division Multiplexing(WDM)技術(shù)，可以在一根光纖上同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，大大提高了光纖的傳輸容量和效率。

2010年代，光通信技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于電話、寬帶、移動(dòng)通信等領(lǐng)域。同時(shí)，光通信技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用于智能家居、智能交通、智能家居等領(lǐng)域。

三、光通信的原理

光通信利用光的傳輸特性，將信息轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，然后再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行解碼。光通信的主要設(shè)備包括光源、光纖、光接收器等組成。光源可以是激光器或發(fā)光二極管等，通過(guò)電信號(hào)控制光源的開(kāi)關(guān)和光的強(qiáng)度，產(chǎn)生光脈沖信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)竭_(dá)接收端，經(jīng)過(guò)光接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

四、光通信應(yīng)用場(chǎng)景

電信領(lǐng)域：光通信技術(shù)已經(jīng)成為電信領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于電話、寬帶、移動(dòng)通信等領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心需要高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，光通信技術(shù)可以滿足這一需求，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和容量。

醫(yī)療領(lǐng)域：光通信技術(shù)可以用于醫(yī)療診斷和治療，如光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)可以用于眼科、皮膚科等領(lǐng)域的診斷。

光纖通信原理

1.光纖通信原理—簡(jiǎn)介

光纖通信(Fiber-optic communication)，也作光纖通訊。光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式，首先將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再透過(guò)光纖將光信號(hào)進(jìn)行傳遞，屬于有線通信的一種。光經(jīng)過(guò)調(diào)變后便能攜帶資訊。自1980年代起，光纖通訊系統(tǒng)對(duì)于電信工業(yè)產(chǎn)生了革命性 ，同時(shí)也在數(shù)位時(shí)代里扮演非常重要的角色。光纖通信傳輸容量大，保密性好等優(yōu)點(diǎn)。光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)今最主要的有線通信方式。

2.光纖通信原理—組成部分

最基本的光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光纖線路、中繼器以及無(wú)源器件組成。其中光發(fā)信機(jī)負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)，光纖線路負(fù)責(zé)傳輸信號(hào)，而光收信機(jī)負(fù)責(zé)接收光信號(hào)，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最后得到對(duì)應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。

(1)光發(fā)信機(jī)----由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將來(lái)自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。

(2)光收信機(jī)----由光檢測(cè)器和光放大器組成，實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后，再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。

(3)光纖線路----其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測(cè)器上去，完成傳送信息任務(wù)。

(4)中繼器----由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減;另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖近行政性。

(5)無(wú)源器件----包括光纖連接器、耦合器等，完成光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合。

3.光纖通信原理

光纖通信的原理就是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度(頻率)變化而變化，并通過(guò)光纖經(jīng)過(guò)光的全反射原理傳送;在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。

光通信正是利用了全反射原理，當(dāng)光的注入角滿足一定的條件時(shí)，光便能在光纖內(nèi)形成全反射，從而達(dá)到長(zhǎng)距離傳輸?shù)哪康摹９饫w的導(dǎo)光特性基于光射線在纖芯和包層界面上的全反射，使光線限制在纖芯中傳輸。光纖中有兩種光線，即子午光線和斜射光線，子午光線是位于子午面上的光光線，而斜射光線是不經(jīng)過(guò)光纖軸線傳輸?shù)墓饩€。

下面以光線在階躍光纖中傳輸為例解釋光通信的原理。

如圖所示為階躍型光纖，纖芯折射率為n1，包層的折射率為n2，且n1>n2，空氣折射率為n0。在光纖內(nèi)傳輸?shù)淖游绻饩€，簡(jiǎn)稱內(nèi)光線，遇到纖芯與包層的分界面的入射角大于θc時(shí)，才能保證光線在纖芯內(nèi)產(chǎn)生多次反射，使光線沿光纖傳輸。然而，內(nèi)光線的入射角大小又取決于從空氣中入射的光線進(jìn)入纖芯中所產(chǎn)生折射角θ2，因此，空氣和纖芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纖中以全反射形式傳輸，與內(nèi)光線入射角的臨界角θc相對(duì)應(yīng)，光纖入射光的入射角θi 有一個(gè)最大值θmax。

當(dāng)光線以θi>θmax入射到纖芯端面上時(shí)，內(nèi)光線將以小于θc 的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角小于90度，該光線將射入包層，很快就會(huì)露出光纖。

當(dāng)光線以 θi<θmax入射到纖芯端面上時(shí)，入射光線在光纖內(nèi)將以大于 的θc入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角大于90度，該光線將在纖芯和包層界面產(chǎn)生多次反射，使光線沿光纖傳輸。

光纖通信為什么要用激光

激光光纖通信的基本原理是電信號(hào)通過(guò)發(fā)送光端機(jī)，對(duì)由激光器發(fā)射的激光光波進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)光纖傳送到另一端，接收光端機(jī)接收并變成電信號(hào)，解調(diào)恢復(fù)原來(lái)的信息。激光光纖通信最根本問(wèn)題是發(fā)生激光的激光器和傳送激光的光纖。

激光(LASER，有人譯為“萊塞”、“鐳射”)的亮度特高，亮度比太陽(yáng)亮千億倍。顏色單純，定向性特好，可產(chǎn)生幾萬(wàn)攝氏度的高溫，使材料迅速融化或氣化，激光比太陽(yáng)更絢麗，它將人間的生活裝點(diǎn)得更多姿。

人們發(fā)現(xiàn)透明度很高的石英玻璃絲可以傳光，這種玻璃絲叫做光學(xué)纖維，簡(jiǎn)稱光纖。但初期用光纖傳輸光信息損耗太大，每傳輸1000米損耗1000分貝左右(損耗零分貝，表示沒(méi)有衰減，而損耗20分貝相當(dāng)于衰減得只剩1%)。1966年英籍華人高餛博士從理論分析：除去玻璃中雜質(zhì)，可以大大降低傳輸損耗，可以降低到20分貝/千米，使很多科學(xué)家受到鼓舞。

1970年，美國(guó)一公司科研人員制造出每千米傳輸損耗只有20分貝的光纖;這一年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出在常溫環(huán)境下連續(xù)工作的激光器。人們研制的光纖損耗越來(lái)越小，到1979年只有0.2分貝/千米。1977年在美國(guó)芝加哥和圣塔摩尼卡之間首次建成商用的光纖通信系統(tǒng)，兩根直徑為0.l毫米的玻璃絲竟可同時(shí)開(kāi)通8000路電話。

光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展(如工作區(qū)波長(zhǎng)從0.85微米過(guò)渡到1.31微米的，從多模光纖過(guò)渡到單模光纖)，信息傳輸?shù)娜萘亢退俣却蟠筇岣摺?

光纖通信有許多優(yōu)點(diǎn)：傳輸信息容量大;衰減小，每千米的衰減比最大容量的同軸電纜要小一個(gè)數(shù)量級(jí);細(xì)而輕;抗干擾性好;成本低;節(jié)省金屬;保密性強(qiáng)。

光纖通信與衛(wèi)星通信相比有其優(yōu)點(diǎn)，所以在將來(lái)在電信中有可能與衛(wèi)星通信平分秋色。光纖通信除用于電話電視之外，還用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、廠礦內(nèi)部通信、電力系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)的通信等。

光纖通信技術(shù)在不停地向前發(fā)展，正在開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，有波分復(fù)用技術(shù)(讓不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在同一根光纖上互不干擾地傳輸)、光纖放大器(光纖傳輸有損耗，在一定距離要把光信號(hào)變成電信號(hào)加以放大，再變成光信號(hào)繼續(xù)傳輸)、光弧子通信(利用在光纖中傳播長(zhǎng)時(shí)間保持形態(tài)、幅度和速度不變的光脈沖進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離和超大容量的通信)等。