光纖通信技術(shù)及其應(yīng)用分析

于海波，孫建東，王君宇

（中國人民解放軍31401部隊(duì)90分隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100）

0 引 言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、技術(shù)逐漸成熟的今天，光纖通信技術(shù)對社會(huì)生活的影響更加突出，使得光纖通信技術(shù)日益受到重視。我國大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成功接入光纖通信，覆蓋率也越來越高。對發(fā)展人工智能和物聯(lián)網(wǎng)來說，光纖技術(shù)的功能和影響更加明顯。因此，對光纖通信技術(shù)應(yīng)用的分析十分必要。

1 光纖通信技術(shù)

1.1 光纖通信技術(shù)基本情況

光纖通信技術(shù)已逐漸發(fā)展成為當(dāng)代通信的重要技術(shù)，并在現(xiàn)代電信網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用[1]。作為一門新興技術(shù)，光纖通信的發(fā)展是最快的，應(yīng)用面廣，不僅是全球新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，而且是今后信息社會(huì)傳遞信息的重要工具。光纖通信系統(tǒng)的傳輸原理如圖1所示。

光纖通信是一種以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信形式。光纖的構(gòu)造如圖2所示。

光纖是一種介質(zhì)光波導(dǎo)，利用麥克斯韋方程對光波導(dǎo)（光纖）中傳播的電磁波現(xiàn)象進(jìn)行描述，具體形式為：

圖1 光纖通信系統(tǒng)傳輸原理圖

圖2 光纖的構(gòu)造示意圖

式中，E為電場矢量，H為磁場矢量，D為電通量密度，B為磁通量密度。

另外，光纖根據(jù)傳輸模式可以分為多模光纖和單模光纖，其中多模光纖根據(jù)折射率分布分為階躍多模光纖和梯度多模光纖。描述階躍多模光纖折射率分布的數(shù)學(xué)公式為：

梯度多模光纖是利用光傳輸速率和光纖材料折射率成反比，處理多模光纖中出現(xiàn)的模間色散問題。對單模光纖而言，單模傳輸條件為：

確定光纖折射率分布結(jié)構(gòu)的參數(shù)后，當(dāng)工作波長大于某一特定波長時(shí)，才會(huì)實(shí)現(xiàn)單模傳輸，公式如下：

1.2 光纖通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

光纖通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，極大地促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展，但享受該技術(shù)帶來便利的同時(shí)，不能忽視其存在的不足。光纖通信技術(shù)通信容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，信號(hào)干擾較小，保密性高，抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量高，且光纖的尺寸小、重量輕，所以便于鋪設(shè)與運(yùn)輸[2]。光纖通信材料的來源豐富且沒有輻射，很難被竊聽，傳輸?shù)墓獠ㄒ恢痹诠饫w內(nèi)。此外，光纜存在強(qiáng)的適應(yīng)性，使用壽命長[3]。但需要注意，光纖質(zhì)地較脆，機(jī)械強(qiáng)度較差，需要利用一定的技術(shù)、工具及設(shè)備對光纖進(jìn)行切斷和接續(xù)處理。因?yàn)榉致放c耦合的靈活性差，所以光纖光纜的彎曲半徑需要大于20 cm。

1.3 光纖通信技術(shù)分類

光纖通信技術(shù)本身主要包括光纖光纜技術(shù)、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及光交換技術(shù)傳輸技術(shù)等。

2 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要應(yīng)用于市話中繼線，能全面發(fā)揮光纖通信的優(yōu)勢。傳統(tǒng)依賴電纜、微波以及衛(wèi)星通信的長途干線通信中，目前已全面使用光纖通信[4]。

2.2 光纖通信技術(shù)的具體應(yīng)用

2.2.1 廣播電視中的應(yīng)用

光纖通信技術(shù)憑借其顯著優(yōu)勢，在廣播電視中得到了充分應(yīng)用。在廣播電視領(lǐng)域內(nèi)，廣播電視信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)妮d體是光纖。目前，基于光纖的網(wǎng)絡(luò)格局已經(jīng)建立起來，能確保廣播信息傳輸更具有效性。

2.2.2 電力通信中的應(yīng)用

基于光纖發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)為光纖網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)和電信兩大運(yùn)營商非常關(guān)注光纖的布局，并不斷調(diào)整與優(yōu)化光纖布局。當(dāng)前，光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)手段越來越成熟。在電力通信行業(yè)內(nèi)應(yīng)用光纖通信技術(shù)，能使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性更上一層樓，有效保障電力系統(tǒng)的安全性。

2.2.3 電信干線中的應(yīng)用

信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們對光纖通信技術(shù)的要求也更加嚴(yán)格，再加上多種專業(yè)通信網(wǎng)的發(fā)展需要，導(dǎo)致光纖通信技術(shù)因其各種優(yōu)點(diǎn)在多種行業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前，我國基于光纖通信技術(shù)已經(jīng)建立了較為完善的信息網(wǎng)，推動(dòng)了我國經(jīng)濟(jì)的更好發(fā)展。

2.2.4 軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，一個(gè)國家國防軍事的通信技術(shù)水平直接影響著整個(gè)國家的軍事力量。科技與國防事業(yè)息息相關(guān)，所以國家要通過高科技手段為本國的軍事提供全方位的服務(wù)。今后的戰(zhàn)爭不單純依靠軍事武器，更需要信息技術(shù)的支持。就某種角度而言，軍事領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)已經(jīng)改變了軍事斗爭思想。

2.2.5 互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

光纖通信傳播時(shí)以光信號(hào)為主，損耗較少，且數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化過程清晰度較高。另外，應(yīng)用光纖通信可以提高網(wǎng)速，進(jìn)一步推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的建設(shè)，帶動(dòng)電子商務(wù)和物流等行業(yè)的快速發(fā)展。用戶不必出門，只需在家就可以完成下單和支付等行為，還可通過網(wǎng)絡(luò)查詢物流。光纖通信技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用推動(dòng)了社會(huì)生活的更好發(fā)展，有效提高了人們的物質(zhì)水平，可為人們提供更便捷、更舒適的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中的光纖接入如圖3所示。

3 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用展望

光纖通信技術(shù)的發(fā)展形勢集中于超大容量傳輸技術(shù)和智能化等多種方面。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，挖掘出多種基于光纖通信技術(shù)的新功能，不僅可以保障通信工程的質(zhì)量，而且可以增強(qiáng)其效率。

3.1 提升通信容量，落實(shí)超大容量目標(biāo)

信息傳遞的規(guī)模在逐漸增大，因此需要擴(kuò)大通信容量，適應(yīng)信息傳遞的需要。在光纖通信技術(shù)建設(shè)的同時(shí)，各種技術(shù)和設(shè)備也在不斷更新與發(fā)展，需要由更加龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)裝載光纖通信系統(tǒng)，以提高傳輸質(zhì)量[5]。新系統(tǒng)與光纖電纜的匹配度不足時(shí)，需進(jìn)行優(yōu)化處理。優(yōu)化改進(jìn)后，光纖通信的傳輸速度會(huì)更快，容量也會(huì)提升。

圖3 網(wǎng)絡(luò)中的光纖接入

3.2 全光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

光纖通信的未來就是全光網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)憑借光信號(hào)進(jìn)行信息的傳輸與交換。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)依賴電器元件進(jìn)行傳輸，所以會(huì)對光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展形勢和容量產(chǎn)生限制。隨著科技的飛躍進(jìn)步，可通過光轉(zhuǎn)化等技術(shù)建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)，提升系統(tǒng)的傳輸容量和安全性，且維護(hù)方便，有助于減少部分運(yùn)行成本費(fèi)用。

3.3 光弧子通信技術(shù)

在超大容量傳輸方面，光弧子通信技術(shù)具有巨大潛力。該技術(shù)可以改善色散，從而影響信息傳輸?shù)木嚯x與容量，還可以有效增強(qiáng)信息傳輸質(zhì)量。此外，該技術(shù)能抵抗外界環(huán)境的干擾，平衡色散，提升輸送距離，在通信系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大作用。

3.4 光網(wǎng)絡(luò)智能化

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，導(dǎo)致人們的生活方式出現(xiàn)了多方面變革，對信息傳遞的要求也逐漸趨于多樣化，既要滿足容量大和速度快，又要滿足個(gè)性化與智能化。因此，光網(wǎng)絡(luò)智能化是通信技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。我國原有的通信技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的作用下，基于當(dāng)前體系，結(jié)合通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，推動(dòng)在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有效地使用數(shù)據(jù)加密技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)，最終使光網(wǎng)絡(luò)智能化目標(biāo)落到實(shí)處。例如，高速公路對光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了良好應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。

4 結(jié) 論

圖4 高速公路上使用的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

當(dāng)前信息傳輸?shù)闹饕绞绞枪饫w通信網(wǎng)絡(luò)，有效推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)。社會(huì)不斷進(jìn)步與發(fā)展，光纖通信技術(shù)也將不斷發(fā)展，并逐漸趨于成熟，在社會(huì)生產(chǎn)和生活中得到了廣泛使用，提高了信息傳輸速度，保障了通信質(zhì)量，便利了人們的生活和工作。我國光纖通信技術(shù)和通信技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大差距，需要結(jié)合國內(nèi)實(shí)際狀況，著眼未來，明確光纖通信技術(shù)的發(fā)展方向，建設(shè)良好的光纖通信產(chǎn)業(yè)，以滿足國內(nèi)基本需求。