光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及其現(xiàn)狀

1、111光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及其現(xiàn)狀光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及其現(xiàn)狀【內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要】光纖通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纖通信能實(shí)際應(yīng)用到人類傳輸信息中并不是一帆風(fēng)順的，其發(fā)展中經(jīng)歷了很多技術(shù)難關(guān)，解決了這些技術(shù)難題，光纖通信才能進(jìn)一步發(fā)展。本文從光源及傳輸介質(zhì)、光電子器件、光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展來展示光纖通信技術(shù)的發(fā)展?！娟P(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】光纖通信技術(shù)光纖光纜光有源器件光無源器件光纖通信系統(tǒng)【正文正文】光自身固有的優(yōu)點(diǎn)注定了它在

2、人類歷史上充當(dāng)不可忽略的角色，隨著人類技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛，優(yōu)點(diǎn)也越來越突出。光纖通信是將要傳送的圖像、數(shù)據(jù)等信號調(diào)制到光載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。將優(yōu)點(diǎn)突出的光纖通信真正應(yīng)用到人類生活中去，和很多技術(shù)一樣，都需要一個發(fā)展的過程。一、一、光纖通信技術(shù)的形成光纖通信技術(shù)的形成

3、(一)、早期的光通信光無處不在，這句話毫不夸張。在人類發(fā)展的早期，人類已經(jīng)開始使用光傳遞信息了，這樣的例子有很多。打手勢是一種目視形式的光通信，在黑暗中不能進(jìn)行。白天太陽充當(dāng)這個傳輸系統(tǒng)的光源，太陽輻射攜帶發(fā)送者的信息傳送給接收者，手的動作調(diào)制光波，人的眼睛充當(dāng)檢測器。另外，3000多年前就有的烽火臺，直到目前仍然使用的信號燈、旗語等都可以看作是原始形式的光通信。望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)則又極大地延長了這類目視形式的光通信的距離。這類光通信方式有一

4、個顯著的缺點(diǎn)，就是它們能夠傳輸?shù)娜萘繕O其有限。近代歷史上，早在1880年，美國的貝爾（Bell）發(fā)明了“光電話”。這種光電話利用太陽光或弧光燈作光源，通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動鏡片上，使光強(qiáng)度隨話音的變化而變化，實(shí)現(xiàn)話音對光強(qiáng)度的調(diào)制。在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上，使光信號變換為電流傳送到受話器。光電話并未能在人類生活中得到實(shí)際的使用，這主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒有合適的光源和傳輸介質(zhì)。其所利用的自然光為非相

5、干光，方向性不好，不易調(diào)制和傳輸；而以空氣作為傳輸介質(zhì)，損耗會很大，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，又易受天113的吸收和散射，光波能量衰減很大。例如，雨能造成30dBkm的衰減，濃霧衰減高達(dá)120dBkm。（2）大氣的密度和溫度很不均勻，造成折射率的變化，加上大氣湍流的影響，光束位置可能會發(fā)生偏移和抖動。因而通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制，不能實(shí)現(xiàn)“全天候”通信。（3）大氣傳輸設(shè)備要求設(shè)在高處，收、發(fā)設(shè)備必須直線可見。這種地理?xiàng)l件使得大氣傳輸

6、通信的適用范圍具有很大的局限性。雖然，固體激光器（例如摻釹釔鋁石榴石（Nd：YAG）激光器）的發(fā)明大大提高了發(fā)射光功率，延長了傳輸距離，使大氣激光通信可以在江河兩岸、海島之間和某些特定場合使用，但是大氣激光通信的穩(wěn)定性和可靠性仍然沒有解決。為了克服氣候?qū)す馔ㄐ诺挠绊?，人們自然想到把激光束限制在特定的空間內(nèi)傳輸。因而提出了透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng)。透鏡波導(dǎo)是在金屬管內(nèi)每隔一定距離安裝一個透鏡，每個透鏡把經(jīng)傳輸?shù)墓馐鴷鄣较乱粋€

7、透鏡而實(shí)現(xiàn)的。反射鏡波導(dǎo)和透射鏡波導(dǎo)相似，是用與光束傳輸方向成角的45?兩個平行反射鏡代替透鏡而構(gòu)成的。這兩種波導(dǎo)從理論上講是可行的，但在實(shí)際應(yīng)用中遇到了不可克服的困難。首先，現(xiàn)場施工中校準(zhǔn)和安裝十分復(fù)雜；其次，為了防止地面活動對波導(dǎo)的影響，必須把波導(dǎo)深埋或選擇在人車稀少的地區(qū)使用。由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對光通信的研究曾一度走入了低潮。2)光纖為了發(fā)展光通信技術(shù)，人們又考慮和嘗試了各種傳輸介質(zhì)，其中包括利用玻璃材料制成

8、光導(dǎo)纖維來傳輸光信號，但是當(dāng)時(shí)最好的光學(xué)玻璃材料的損耗在1000dBkm以上，這么高的傳輸損耗根本就無法用于通信。1966年，美籍華人高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。1970年，光纖研制取得了重大突破。美國康寧(Cning)公司研制成功損耗20dBkm的石英光纖。因此，光纖通信開始可以和同軸電纜通信競爭，世界各國

9、相繼投入大量人力物力，把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。1972年，隨著光纖制備工藝中的原材料提純、制棒和拉絲技術(shù)水平的不斷提高，進(jìn)而將梯度折射率多模光纖的衰減系數(shù)降至4dBkm。1973年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的光纖損耗降低到2.5dBkm。1974年降到了1.1dBkm。1976年日本電報(bào)電話（NTT）公司等單位將光纖損耗降低到0.47dBkm（波長1.2）。m?在以后的10年中，1.55波長處的光纖損耗（如圖2所示）：1979年m