浅谈光纤通信技术的发展

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浅谈光纤通信技术的发展

作者：许言路

来源：《科技创新导报》2012年第22期

摘 要:光导纤维通信,简称“光纤通讯”,主要是通过将图像、数据信号进行调制到光载波之上,借助于光导纤维进行传输,进而达到信息快速传递目的一种较为先进的通信方式。光纤通信技术从其产生到发展经历了一个相对较长的时期。本文认为对光纤通信技术的发展历程进行深入的探讨具有着重要意义,本文结合作者对大量文献的阅读,提出了一些自己的看法。 关键词:光纤 通信技术 发展

中图分类号:TN929.11 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(a“光纤”又被称之为“光导纤维”,其主要在现代科学理念的指引下,运用光在塑料制成(或玻璃)制成的纤维之中全反射原理,最终形成的光传导工具。光导纤维通信,简称“光纤通讯”,主要是通过将图像、数据信号进行调制到光载波之上,借助于光导纤维进行传输,进而达到信息快速传递目的一种较为先进的通信方式。由于光波频率与电波频率相比较而言,其频率较高,这使得采用光纤作为传输媒介进行传播比传统的同轴电缆、波导管的损耗低不少,由此可见,将光纤作为通信的传输媒介具有着诸多优势,逐渐被人们所选用。对于光纤通信技术的发展历程进行深入的探讨具有着重要意义,笔者认为光纤通信技术的发展经历了以下几个较为重要的阶段。 1 光纤通信技术的前探索时期

光纤通信技术的前探索时期,一般泛指是光纤通信技术出现之前对于光传递信息的相关探索活动。众所周知,光无处不在。从人类产生开始,人们便开始采用光来进行信息传递,例如,人与人之间采用打手势等表现形式,在打手势传递信息时,太阳在此传输系统之中充当着光源作用,太阳的辐射与手势发送者的信息相互结合,完成传递,通过人的眼睛(检测器)进行接收。打手势传播信息对于光线具有着较强的依赖性,当黑暗来临时,由于太阳—— 传输系统的光源消失时,则很难再进行手势信息传递。再如我国古代著名的烽火台传递信息则也是原始形式的光通信。直到现代发展过程之中,信号灯、旗语、打手势等原始光通信形式仍然存在。但是,我们通过对于原始光通信形式的对比研究可以发现,此类信息传输具有着一个较大的局限则是其传输的容量非常有限。

1880年,美国Bell发明了“光电话”证明了采用光波作为信息的载体是可行的。因此,许多学者认为Bell的“光电话”是现代光通信的雏形。所谓“光电话”即是指主要采用弧光灯或者太阳作为光源,通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上,通过话音的不断变化产生的光强度的有次序的变动,实现对于光的整体强度的调制。“光电话”的接收端,则主要通过抛物面反射镜将相应的光束反射到硅光电池之上,完成光信号转变为电流,进而传送到受话器之上。但由于自然光其具有着方向性不好,不能够很好的控制其传输以及调制而未得到长足发展。

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2 光纤通信技术的产生

光纤通信理念最源可以溯源于前香港中文大学校长高锟(K.C.Kao)以及George A. Hockham,他们最早提出可以采用光导纤维进行通讯传输的假想,即高锟首先在PIEE杂志上发表了《光频率的介质纤维表面波导》的论文,在该文之中提出了可以采用包层材料石英玻璃的光学纤维作为通信载体,开启了光纤通信领域的相关研究。K.C.Kao在文章中从理论上佐证了通信所用超低耗光纤的生产具有着较大的可行性的预见。由于该成果,英藉华人高锟荣获诺贝尔奖。但是,需要注意的是,第一个光纤并不是由高锟所研究而成的。伴随着社会的不断发展而逐渐引起了人们的关注。1970年,美国的康宁公司(cornning)的马瑞尔、凯克以及卡普隆采用MCVD法(改进型化学相沉积法)最早研制完成损耗约为20dB/km的光纤(低损耗石英光纤),光纤通信技术产生并开始得到发展。

伴随着人们对于光纤通信技术的日益关注,人们加强了对于低损耗光纤的相关研究。例如,在1970年美国的贝尔实验室则研发出了“砷化镓铝半导体激光器”,这也是世界上第一个能够在室温之下进行连续波工作的激光器。1972年时,光纤的损耗已经被降低到了4dB/km。我国在此时期也开始加强了对于光纤通信技术的研究。例如,我国武汉邮电学院对于光纤通信有了相关的研究,并取得了较大的成果。1974年,美国的贝尔研究所CVD法(汽相沉积法)诞生,这是一个促进低损耗光纤制作的重要方法之一。CVD法使得光纤的损耗降低到了1.1dB/km。1977年与光纤相关的事件之中以美国在芝加哥两个相距约7000m的电话局之间,采用多模光纤进行成功试验最为著名。这是首次采用多模光纤通信系统成功的通信试验线路。这条光纤试验线路共拥有144个光纤光缆,多采用多模光纤,LED发光管为光源。第一代光纤通信系统应运而生—— 85μm波段的多模光纤。

1976年,光纤传输损耗降低到了0.5dB/km。同时,1977年日本电报电话公司以及美国的贝尔研究所研究成了100万h的“半导体激光器”。同一时间,第一条光纤通信系统从美国芝加哥市开始投入商用,其速率为45MB/s,这些均为1981年实现了采用1.3μm多模光纤通信系统联结两电话局的实验的成功奠定了坚实的基础,此为第二代光纤通信系统。1984年实现了1.3μm单模光纤的通信系统,即第三代光纤通信系统。80年代中后期又实现了1.55μm单模光纤通信系统,即第四代光纤通信系统。 3 我国光纤技术的发展

伴随着国外光纤通信技术的发展与演变,我国光纤技术也伴随着世界发展浪潮而逐渐发展起来。除去1974年我国武汉邮电学院对于光纤通信有了相关的研究,并取了较为丰硕的成果。20世纪90年代初其,我国对于光纤通信系统有了较大的投入,逐渐开始采用光缆来取代传统的电缆,进而构建成了国家“八纵八横”的PDH140 Mbit/s系统主要干线。同时,伴随着社会的不断发展与科学技术的进步,SDH622 Mbit/s以及2.5Gbit/s系统逐渐得到广泛采用。我国国产的光器件产品也逐渐得到了国际市场的认可。

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