光纖通信及其器件的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

吳小所

摘 要：光纖通信抗電磁干擾能力強(qiáng)、信息容量大、保密性好、易于取材等特點(diǎn)備受人們關(guān)注，近年來(lái)得以迅猛發(fā)展，在諸多領(lǐng)域已有大規(guī)模的應(yīng)用。文章闡述了光通信器件的優(yōu)點(diǎn)，目前大規(guī)模應(yīng)用的波分復(fù)用（WDM）技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用（OTDM）技術(shù)及兩者技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用、光孤子脈沖通信的發(fā)展現(xiàn)狀及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展勢(shì)頭和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于了解光纖通信及其器件的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：全光網(wǎng)絡(luò)；光時(shí)分復(fù)用（OTDM）；光孤子脈沖

光纖通信以其抗電磁干擾能力強(qiáng)、信息容量大、保密性好、易于取材等特點(diǎn)備受人們關(guān)注，近年來(lái)得以迅猛發(fā)展[1]。目前光纖已在有線通信的大部分領(lǐng)域展開了廣泛應(yīng)用，已成為信息傳輸和處理的主流手段，全光網(wǎng)絡(luò)也將會(huì)在全人類期望中快速到來(lái)[2]。

圖1

光纖通信與傳統(tǒng)通信方式不同，是用光信號(hào)而不是電信號(hào)作為信息的載體，在光纖中進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｓ捎诠獠ǘ蔚念l率要比電波段的頻率高得多，與此同時(shí)，光波的傳輸介質(zhì)的光纖要比電波的傳輸介質(zhì)導(dǎo)波管或同軸電纜對(duì)能量的損耗小得多。由通信的基本原理可知光纖通信的信息容量要比微波通信大幾十倍甚至更多。由玻璃材料構(gòu)造的光纖是電氣絕緣體，且相互之間的串?dāng)_很小。同時(shí)光是在依靠波導(dǎo)進(jìn)行傳輸，所以不會(huì)產(chǎn)生信息被人竊聽的危險(xiǎn)，光纖自身也很細(xì)，即使多根綁定在一起所占空間也很小，相對(duì)電纜來(lái)說(shuō)能解決管道擁擠問題。

波分復(fù)用（WDM）技術(shù)的出現(xiàn)大大地提高了傳統(tǒng)光纖系統(tǒng)的通信容量，在國(guó)際跨通信系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景。目前大量商用WDM系統(tǒng)的速率已達(dá)1.6Tbit/s，全光網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離也在迅速擴(kuò)展。常用提高通信容量的另外一種途徑是光時(shí)分復(fù)用（OTDM），兩者方式的本質(zhì)不同，WDM是增加單個(gè)光纖的通信信道數(shù)提高通信容量的，而OTDM是通過(guò)增加單信道速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，單信道通信速率目前已達(dá)640Gbit/s。

目前最新的方法是把N個(gè)OTDM波分復(fù)用來(lái)提高通信容量，大大提高了傳輸速率。偏振復(fù)用（PDM）技術(shù)的引入大大減弱了信道間的串?dāng)_。歸零（RZ）碼在傳輸?shù)倪^(guò)程中占空比較小的原因進(jìn)一步降低了色散管理分布的要求，與此同時(shí)歸零碼對(duì)光纖偏振模色散（PMD）的和非線性的適應(yīng)能力較強(qiáng)等原因，目前大容量長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)大多采用歸零編碼。

光纖中輸入的光功率較小時(shí)，一般認(rèn)為是線性系統(tǒng)，但隨著輸入功率的增加將會(huì)產(chǎn)生光孤子脈沖、受激拉曼散射和受激布里淵散射等現(xiàn)象，由此表現(xiàn)為非線性。

光孤子脈沖具有皮秒的脈寬和自整形能力，適合用于大容量長(zhǎng)距離的光信息傳輸。摻餌光纖放大器的出現(xiàn)更進(jìn)一步拓展了光孤子的通信距離。貝爾實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功的將激光脈沖輸送了5920km，還用光纖環(huán)實(shí)現(xiàn)了傳輸速度5Gbit/s、傳輸距離15000km的單信道孤子傳輸系統(tǒng)和速度為10Gbit/s距離為11000km的多信道復(fù)用系統(tǒng)。我國(guó)的光弧子通信技術(shù)的也獲得了階段性成果，實(shí)現(xiàn)了速度為20Gbit/s距離105km的通信。

光通信技術(shù)的最終發(fā)展目的是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目前光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的光化處理，在節(jié)點(diǎn)處依然采用的是電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，阻礙的通信網(wǎng)絡(luò)容量的進(jìn)一步提高，因此全光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)是目前亟待解決的問題。

全光網(wǎng)絡(luò)的已表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，目前主要的任務(wù)是采用光交換技術(shù)和WDM技術(shù)相結(jié)合，消除電光瓶頸，建立純粹的光網(wǎng)絡(luò)，這是通信技術(shù)發(fā)展的理想階段[3][4]。

光纖通信系統(tǒng)中光源是一個(gè)重要的組成部件，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后在光纖內(nèi)部傳輸。目前常用的光源是半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光器（LD）。

目前常用的光電檢測(cè)器件有APD雪崩光電二極管、PN光電二極管和PIN光電二極管。光電檢測(cè)器件目前主要功能已基本實(shí)現(xiàn)，由于光經(jīng)過(guò)傳輸后一般功率較小，以后主要設(shè)計(jì)出靈敏度高的器件。另外一個(gè)問題是器件工作時(shí)電信號(hào)存在延時(shí)，隨著傳輸速度的提高，對(duì)器件的響應(yīng)速度也有了更高的要求，相應(yīng)的制造工藝的要求也較高。

總之，在迅猛發(fā)展的信息時(shí)代，光纖通信由于自身優(yōu)勢(shì)的存在正在穩(wěn)步向前飛速發(fā)展，向著更高速度、更高性能的全光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]金興華，紀(jì)衛(wèi)華.以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)EPON技術(shù)及其在軍事通信中的應(yīng)用[J].數(shù)據(jù)通信，2012（3）：16-19.

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