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光纖通信技術(shù)及運(yùn)用
【摘要】隨著現(xiàn)代信息化的發(fā)展，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信的要求越來越高，傳統(tǒng)的數(shù)字通信、衛(wèi)星通信等已無法滿足要求。近些年來光纖通信逐漸成為主流的通信技術(shù)，它是通過光波利用光電轉(zhuǎn)化來傳播信息的一種方法，其特點(diǎn)是容量大、速度高且保密性很強(qiáng)，而且不會(huì)像衛(wèi)星通信那樣容易受到外界信號(hào)的干擾，目前我國(guó)的因特網(wǎng)接入基本上實(shí)現(xiàn)了光纖通信，在大部分科研生產(chǎn)領(lǐng)域也已實(shí)現(xiàn)了光纖通信覆蓋，隨著現(xiàn)代人工智能、大數(shù)據(jù)等潮流的來臨，光纖通信將會(huì)發(fā)揮更大作用。本文主要介紹了光纖通信技術(shù)及其發(fā)展和應(yīng)用狀況。
【關(guān)鍵詞】光纖通信；光波；網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用
1光纖通信概述
光纖通信是指以光作為載體，利用光纖作為媒介進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。1966年高琨博士發(fā)表了一篇論文，提出光學(xué)纖維可以作為信息傳輸媒介，由此開創(chuàng)了光纖通信的研究。但是在當(dāng)時(shí)玻璃絲的損失太大，以至于人們普遍不相信利用光纖可以通信。美國(guó)BELL實(shí)驗(yàn)室與康寧公司合作，研制了3根損失為20dB/km的光纖，因?yàn)樗麄兿嘈庞捎诠獾念l率和帶寬是電信號(hào)的千萬倍，因此理論上它是可以用來進(jìn)行高質(zhì)量通信的，然而當(dāng)時(shí)由于光源及其它因素的影響，光纖并沒有能給人們驚喜，直到后來美國(guó)研制出通信激光器，人們才體會(huì)到光纖通信的巨大優(yōu)勢(shì)，光纖通信瞬間取代了傳統(tǒng)的電子通信，成為風(fēng)靡全球的通信技術(shù)。相較于其它通信手段，光纖通信最大的優(yōu)勢(shì)在于其介質(zhì)是光，這種載體本身的優(yōu)勢(shì)使得光纖通信異常優(yōu)越，主要是頻帶非常之寬且損耗較低、保密性很強(qiáng)且抗干擾能力強(qiáng)、容量大且速度極快。光作為傳播介質(zhì)，相比電來說其損耗非常低，而光自身的頻帶也比電寬許多倍，這使得光纖通信具備第一個(gè)優(yōu)勢(shì)；其次因?yàn)楣饫w通信是在光導(dǎo)結(jié)構(gòu)之中的，而泄露的少數(shù)射線也會(huì)被包裹層吸收，所以光纖通信的保密性和抗干擾能力都遠(yuǎn)強(qiáng)于電；另外由于光纖的體積非常小但是光可攜帶的信息量很大，這使得光纖通信傳輸速度快且容量大。我國(guó)光纖通信發(fā)展也較早，在20世紀(jì)70、80年代，武漢和北京兩地的郵電科學(xué)研究院已經(jīng)開始了研究，由趙梓森牽頭的光纖通信事業(yè)獲得了很大成就，甚至超過歐洲一些國(guó)家，為我國(guó)的光纖通信事業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到20世紀(jì)80、90年代，我國(guó)的光纜長(zhǎng)度已達(dá)250萬km，但此時(shí)還不能直接使用在今日司空見慣的生活中，近一二十年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)得到了巨大程度的普及，由此帶動(dòng)了光纖通信的發(fā)展，目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全國(guó)的光纖通信式有線網(wǎng)絡(luò)接入，使我國(guó)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)國(guó)家的行列[1]。
2光纖通信技術(shù)應(yīng)用
對(duì)光纖通信技術(shù)來說，主要的細(xì)節(jié)技術(shù)在于光纖光纜、光交換、光源器件以及光網(wǎng)絡(luò)等。對(duì)于光纖光纜來說，我們一般考察它的通信光纖與特種光纖，近些年來隨著新的光波段的發(fā)現(xiàn)，光譜范圍基本擴(kuò)大了30%左右，沿著這種趨勢(shì)發(fā)展，未來的光纖通信在速度和容量上將獲得質(zhì)的飛躍。另外特種光纖現(xiàn)在也在研制之中，其中比較有前景的如有源光纖、光纖光柵、多芯單模光纖等，有源光纖是指滲入稀土離子的光纖，稀土離子的作用在于構(gòu)成激光活性物質(zhì)，以此制造光纖放大器，光纖放大器是光弧子傳輸?shù)年P(guān)鍵一環(huán)，有了它，光弧子才能實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的傳輸。光纖光柵是指利用紫外線照射，從而在光纖芯內(nèi)部產(chǎn)生周期性的折射率變化的光纖，其目的是為了生成光柵，光柵是一種常用的選擇頻率的器件，利用它可以制成多種器件。多芯單模光纖是指將多根光纖用一個(gè)外包層包裹起來，但內(nèi)包裹層又是單獨(dú)的一種光纖，這種特種光纖的特點(diǎn)是成本很低，基本只有常用光纖的一半，它的目的在于大批量的建設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)，目前已經(jīng)在實(shí)際中廣泛應(yīng)用[2]。對(duì)于光纖通信技術(shù)的應(yīng)用來說，常見的有波分復(fù)用技術(shù)、用戶接入技術(shù)以及光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。波分復(fù)用的原理是根據(jù)光波的頻率將其分類，然后以光波為信號(hào)的載體，利用光合波器對(duì)其進(jìn)行合并，這樣可以將不同波長(zhǎng)的光波在一條光線路中傳輸，從而使得光波可以忽略波長(zhǎng)區(qū)別而統(tǒng)一傳輸，這種方法對(duì)于工程應(yīng)用特別重要，目前各個(gè)電信公司都廣泛采用這種技術(shù)來整合信息傳輸，而對(duì)于不同的用戶也有針對(duì)性的服務(wù)，整體成本也較低，因此這種方法已經(jīng)成為現(xiàn)代光纖通信技術(shù)中重要的一部分。用戶接入是指利用光纖通信來接入互聯(lián)網(wǎng)至用戶，在電子通信時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)接入一般是依靠電話線等實(shí)現(xiàn)，而這種方式傳輸網(wǎng)絡(luò)速度很慢，而且接入用戶數(shù)量也較小，無法滿足人們的需求。隨著近些年來信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高，而光纖通信技術(shù)則為其提供了有力的保障，21世紀(jì)以來，我國(guó)就開始大量推廣光纖通信技術(shù)，到近幾年，基本上實(shí)現(xiàn)了全國(guó)范圍內(nèi)的光纖網(wǎng)絡(luò)接入，給人們的生活帶來了巨大的便利。光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過光纖通信技術(shù)將用戶的信息進(jìn)行共享，這是建立在上述光波復(fù)用基礎(chǔ)之上的，其實(shí)光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)上仍是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而其實(shí)現(xiàn)手段是光纖通信。在傳統(tǒng)的電子傳輸式互聯(lián)網(wǎng)中，受到傳輸速度和傳輸體量的影響，要實(shí)現(xiàn)用戶實(shí)時(shí)共享信息是非常困難的，而光纖通信技術(shù)由于其出色的傳輸表現(xiàn)則可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，首先高速的信息傳輸使得大部分地區(qū)的信號(hào)延遲降低，有的地方甚至為零延遲，從而在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了信息的共享[3]。眾所周知，我國(guó)幅員遼闊，實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的信息通信共享是具有重要意義的，近些年來基于光纖通信技術(shù)的光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大大加強(qiáng)了各個(gè)地區(qū)之間的連接，也為人工智能等新興技術(shù)奠定了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。
3光纖通信技術(shù)特點(diǎn)
光纖通信技術(shù)相較其它通信手段來說特點(diǎn)鮮明，首先是其傳輸速度快且傳輸體量大，其次是損耗很低且傳輸距離長(zhǎng)，還包括其抗干擾能力強(qiáng)等。因?yàn)槲覀冎拦獾念l帶遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電，這使得光纖通信的容量非常之大，且由于光纖自身的體積非常小，相比其它介質(zhì)來說質(zhì)量也較輕，因此光纖比較容易鋪設(shè)，在有限的空間中可布置的光纖數(shù)量比較多，這些特性使得光纖通信技術(shù)傳輸速度快且體量大，而且對(duì)空間的要求也比較小，能很好地滿足當(dāng)今有線通信的要求。其次利用光作為媒介進(jìn)行信息傳輸?shù)膿p耗非常小，這主要得益于光信號(hào)的衰減很小，石英系統(tǒng)的損耗光纖相較其它媒介其損耗已經(jīng)很低，而在研究中的非石英系統(tǒng)超低損耗光纖則會(huì)實(shí)現(xiàn)更低的損耗，這會(huì)極大地節(jié)省成本。除此之外，因?yàn)橐话愕墓饫w管線是由石英材料制造的，而石英本身是一種絕緣材料，因此光纖通信也附帶了一定的絕緣性，這使得其在傳輸信息過程中很少會(huì)受到為外界信號(hào)的干擾，且基于石英材料的光纖線路也不會(huì)輕易因?yàn)殡婋x層而受到損害，所以光纖的線路與常見的高壓線路一起架設(shè)是可行的，石英材料本身也不懼怕腐蝕，而且還能很好地抵御雷電、太陽(yáng)光等外界干擾，這很大程度上加快了通信的發(fā)展。另一方面，傳統(tǒng)的電波傳輸信息時(shí)，會(huì)受到由于電磁波的泄露而產(chǎn)生問題，但是在光纖傳輸過程中，光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以將光信號(hào)很好地限制在管路中，而少數(shù)泄露的射線也會(huì)被環(huán)繞于光纖之上的材料所吸收，因此一般情況下不會(huì)發(fā)生泄露。通過上述分析我們可以得知光纖通信的諸多優(yōu)勢(shì)，但是也應(yīng)該注意到它本身也有一定的缺陷，首先就是它容易受到色散特性的影響，這主要是因?yàn)楣饫w傳輸過程中是以不同頻率和模式來實(shí)現(xiàn)的嗎，而這會(huì)使得信號(hào)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，此時(shí)傳輸至終點(diǎn)的信號(hào)會(huì)與預(yù)期有所差別。
4光纖通信技術(shù)發(fā)展前景
雖然光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為主流通信技術(shù)，且其優(yōu)勢(shì)也已經(jīng)得到廣泛承認(rèn)，但是隨著現(xiàn)代智能的發(fā)展，人們對(duì)通信的要求越來越高，對(duì)于光纖通信來說，人們希望其能實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。首先是超大容量和超遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)槿斯ぶ悄芘c大數(shù)據(jù)技術(shù)都需要可靠的通信來配合，尤其是大容量與高速度的通信手段，在移動(dòng)通信領(lǐng)域，5G技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備商用，而有線通信上，我們期待光纖通信能取得新的突破。其次是實(shí)現(xiàn)光弧子通信技術(shù)，光弧子自身具有大容量、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，而且它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸，因此具有非常高的研究?jī)r(jià)值，我們希望未來它能取得新的成就[4]。另外就是全光網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，這是一種超高質(zhì)量的通信手段，即通信信息以光形式傳播和交換，從信息的來源到各個(gè)節(jié)點(diǎn)都是在光域中進(jìn)行，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將會(huì)革命性地改變光纖通信。綜合來說，光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)取得了巨大的成就，然而隨著現(xiàn)代科技發(fā)展的速度越來越快，我們希望光纖通信技術(shù)也能與時(shí)俱進(jìn)，取得新的成績(jī)。
參考文獻(xiàn)
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