光纤通信技术前沿讲座论文.doc

光纤通信技术 一、光纤的历史 80年代一项最重要的技术发展是光纤通信成为一个主要的国际性产业。用光纤敷设的总长度可以表明其发展的程度。据估计，截止2001年底，全世界敷设的光纤总长度就达3.81亿英里。 1955年，英国科学家卡帕尼，发明了玻璃光导纤维。1960年被称为光纤之父的华人高锟等人首先提出了用低吸收的光纤做光通信。1970年，美国的柯林公司做出了每公里20分贝的低损耗光纤，贝尔实验室研制成功室温连续运转的半导体激光器，这奠定了光纤通信的基础。七八年以后，美国在芝加哥市首先开辟了第一条光纤通信线路。再过10年左右，1.55微米波长的光纤损耗率低到0.2个分贝每公里，这样低的损耗就可以传输很远。在同年，英国的南安普敦大学，发明了掺铒光纤放大器。 1989年美国首次进行了波分复用的光通信实验，是四个频道的，四个通道。1998年，美国实现了密集波分复用的长途光通信，它的传输速率达到每一个太比特，从此，我们就进入了这样一个高速的时代，太比特的时代。中国光通信的历史是在20世纪80年代的上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年代投资的武汉邮电研究院，研制光纤的器件和光纤本身，现在也成为光纤器件的一个最大的研究单位。 1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网、实验网。20世纪90年代起，全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路，截止到2004年底，全国敷设光纤总长度已超过350万公里。 2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网；2001年完成了863项目，中国高速示范网；2000年，国家自然科学基金资助了一个项目，中国高速互联研究实验网。现在，我们国内有很多的公司可以批量生产光纤通信的系统和器件。 二、光纤通信的基本构成 1、光纤 光纤由纤芯、包层与涂层三大部分组成。光纤按模式分为多模光纤和单模光纤，对于公用通信网的骨干网，包括市内骨干网、接入网的光纤线路，需要使用单模光纤；专用的局域网和其它短距离光纤线路使用多模光纤。光纤的工作波长有短波长和长波长，短波长是0.85μm，长波长则是1.31μm和1.55μm两种。光纤的损耗在1.31μm为0.35dB/km，在1.55μm为0.20dB/km。波长1.31μm光纤的色散为零，而波长1.55μm光纤有最低损耗却有不小的色散（Chromaticdispersion，简写dispersion)，对长距离、高速率脉冲信号传输有限制。经重新设计的光纤，使零色散波长从1.31μm移位至1.55μm，这样的单模光纤就称为‘色散移位光纤’，简写DSF（dispersionshiftedfiber）。为了充分发展WDM/DWDM系统，应用波长1.55μm存在小量的色散恰恰足够抵消FWM（四波混频）的影响，称为‘非零色散光纤’，简写NZDF（non-zerodispersionfiber）。 2、光源 光源是光纤通信系统中的关键光子器件。光纤通信对光源器件的要求工作寿命长（光源器件寿命的终结是指其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上）、体积小、重量轻。常见的光源器件有激光二极管（LD）和发光二极管（LED）两种。O.5μm短波长光源常采用GaAlA/ GaAs双异质结构，而长波长1.3～1.55μm则采用InGaAsP／lnp隐理式异质结构。而WDM系统须利用长波长光源器件，它不仅要求激光管的发射波长高度稳定，保证器件与波导之间实现最佳耦合，插入损耗小，同时要求能把多路激光管和必要的附属电路集成在同一芯片上，使得多路光载波信号能够在一根光纤中加以传输。近年来研制的多波长光源器件主要是把多路激光管排成阵列，连同一个导形耦合器，利用硅的“平面光路”平台技术制成混合集成光组件，其结构趋于采用光纤光栅的外腔激光管结构。 3、光检测器 光检测器件通过光/电转换将信号通信信息从光波中分离检测出来。光检测器件的要求灵敏度高、响应度高、噪声低、工作电压低、体积小重量轻寿命长。常见的光检测器有PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD） 三、超长距离光纤通信的发展 光纤通信自从问世以来，一直向着两个目标不断发展。一是延长中继距离，二是提 高传输速率（容量）。光纤的色散、色散斜率、偏振模色散、非线性效应（四波混频交叉相位调制等）等性能对超长距离光纤通信提出了新的严格要求。由于光纤的吸收和散射会导致光信号的衰减，光纤的色散将使光脉冲发生畸变，导致误码率增高，信号传输 质量降低，限制了通信距离。为了满足长距离传输的需要，必须在光纤线路上加入中继器，以补偿光信号的衰减和对畸变信号进行整形。光纤放大器的出现，尤其在拉曼光纤放大器实用之后，为增大无再生中继距离创造了条件。同时，采用有利于