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光纤通信技术及应用

技术简介名称光纤通信技术关键词信息科学光波光纤通信技术光纤结构光纤由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。

2发展历史20世纪末或21世纪初发明了第五代光纤通信系统，用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的系统，光孤子通信系统可以获得极高的速率，在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。061984年实现了1.3微米单模光纤的通信系统，即第三代光纤通信系统。041966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。从此，开创了光纤通信领域的研究工作。011981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统，为第二代光纤通信系统。0320世纪80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤通信系统，即第四代光纤通信系统。051977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间，首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。0.85微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。02

3技术分类主要部分就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分：光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。光纤光缆光纤技术的进步可以从两个方面来说明：一是通信系统所用的光纤；二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm（第一窗口）、1310nm（第二窗口）以及1550nm（第三窗口）。近几年相继开发出第四窗口（L波段）、第五窗口（全波光纤）以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。特种光纤具体有以下几种：

1.有源光纤这类光纤主要是指掺有稀土离子的光纤。如掺铒（Er3+）、掺钕（Nb3+）、掺镨（Pr3+）、掺镱（Yb3+）、掺铥（Tm3+）等，以此构成激光活性物质。这是制造光纤光放大器的核心物质。不同掺杂的光纤放大器应用于不同的工作波段，如掺饵光纤放大器(EDFA）应用于1550nm附近（C、L波段）；掺镨光纤放大器（PDFA）主要应用于1310nm波段；掺铥光纤放大器（TDFA）主要应用于S波段等。这些掺杂光纤放大器与喇曼（Raman）光纤放大器一起给光纤通信技术带来了革命性的变化。它的显著作用是：直接放大光信号，延长传输距离；在光纤通信网和有线电视网（CATV网）中作分配损耗补偿；此外，在波分复用（WDM）系统中及光孤子通信系统中是不可缺少的关键元器件。正因为有了光纤放大器，才能实现无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤放大器，不仅能使WDM传输的距离大幅度延长，而且也使得传输的性能最佳化。2.色散补偿光纤(DispersionCompensationFiber，DCF)常规G.652光纤在1550nm波长附近的色散为17ps/nm×km。当速率超过2.5Gb/s时，随着传输距离的增加，会导致误码。若在CATV系统中使用，会使信号失真。其主要原因是正色散值的积累引起色散加剧，从而使传输特性变坏。为了克服这一问题，必须采用色散值为负的光纤，即将反色散光纤串接入系统中以抵消正色散值，从而控制整个系统的色散大小。这里的反色散光纤就是所谓的色散补偿光纤。在1550nm处，反色散光纤的色散值通常在-50~200ps/nm×km。为了得到如此高的负色散值，必须将其芯径做得很小，相对折射率差做得很大，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加（0.5~1dB/km）。色散补偿光纤是利用基模波导色散来获得高的负色散值，通常将其色散与衰减之比称作质量因数，质量因数当然越大越好。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的双补偿光纤（DDCF）。该光纤的特点是色散斜率之比（RDE）与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。

3.光纤光栅（FiberGrating)光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在紫外光的照射（通常称为紫外光写入)下，于光纤芯部产生周期性的折射率变化（即光栅）而制成的。使用的是掺锗光纤，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照射（在载氢气氛中），使纤芯的折射率产生周期性的变化，然后经退火处理后可长期保存。相位掩膜板实际上为一块特殊设计的光栅，其正负一级衍射光相交形成干涉