光纤通讯技术概述

zeng57 · 发表于 2013-9-6 16:58:01

跟着Internet的敏捷遍及以及宽带归纳事务数字网(B-ISDN)的疾速开展，大家对信息的需要呈现出爆炸性的添加，几乎是每半年翻一番。在这样的布景下，信息高速公路建造已变成世界性热潮。而作为信息高速公路的中心和支柱的光纤通讯技能更是变成重中之重。许多国家和地区竭尽全力地斥巨资开展光纤通讯技能及其工业，光纤通讯作业得到了空前开展。此外，因为信息的出产、传达、交流以及运用对国民经济和国家安全有决议性的影响，所以，与其它职业比较，光纤通讯更具有格外含义。光纤通讯作业是一个无穷的体系工程。它的各个组成有些互为依存、相互推进，一同向前开展。就光纤通讯技能自身来说，大概包含以下几个首要有些:光纤光缆技能、传输技能、光有源器材、光无源器材以及光网络技能等。

二光纤光缆技能的开展
光纤技能的前进能够从两个方面来阐明: 一是通讯体系所用的光纤; 二是特种光纤。前期光纤的传输窗口只要3个，即850nm(榜首窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开宣布第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其间格外重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的无穷含义就在于从1280nm到1625nm的宽广的光频范围内，都能完成低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍乃至上万倍的添加。这一技能效果将带来无穷的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其工业化，这是一个适当活泼的范畴。

特种光纤详细有以下几种:
1. 有源光纤
这类光纤首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。这是制作光纤光扩大器的中心物质。不一样掺杂的光纤扩大器运用于不一样的作业波段，如掺饵光纤扩大器(EDFA)运用于1550nm邻近(C、L波段); 掺镨光纤扩大器(PDFA)首要运用于1310nm波段; 掺铥光纤扩大器(TDFA)首要运用于S波段等。这些掺杂光纤扩大器与喇曼(Raman)光纤扩大器一同给光纤通讯技能带来了革命性的改变。它的显着效果是:直接扩大光信号，延伸传输间隔;在光纤通讯网和有线电视网(CATV网)中作分配损耗抵偿; 此外，在波分复用(WDM)体系中及光孤子通讯体系中是不行短少的要害元器材。正因为有了光纤扩大器，才干完成无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤扩大器，不只能使WDM传输的间隔大起伏延伸，并且也使得传输的功用最佳化。

2. 色散抵偿光纤(Dispersion Compesation Fiber，DCF)
惯例G.652光纤在1550nm波长邻近的色散为17ps/nm×km。当速率超越 2.5Gb/s时，跟着传输间隔的添加，会致使误码。若在CATV体系中运用，会使信号失真。其首要原因是正色散值的堆集致使色散加重，然后使传输特性变坏。为了战胜这一疑问，有必要选用色散值为负的光纤，行将反色散光纤串接入体系中以抵消正色散值，然后操控整个体系的色散巨细。这里的反色散光纤即是所谓的色散抵偿光纤。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，有必要将其芯径做得很小，相对折射率差做得很大，而这种作法往往又会致使光纤的衰耗添加(0.5~1dB/km)。色散抵偿光纤是运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抵偿惯例单模光纤的色散，近来又开宣布一种既抵偿色散又能抵偿色散斜率的"双抵偿"光纤(DDCF)。该光纤的特色是色散斜率之比(RDE)与惯例光纤一样，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡抵偿。

3. 光纤光栅(Fiber Grating)
光纤光栅是运用光纤资料的光敏性在紫外光的照耀(通常称为紫外光"写入")下，于光纤芯部发作周期性的折射率改变(即光栅)而制成的。运用的是掺锗光纤，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照耀(在载氢气氛中)，使纤芯的折射率发作周期性的改变，然后经退火处置后可长时间保管。相位掩膜板实际上为一块格外描绘的光栅，其正负一级衍射光相交构成干与条纹，这样就在纤芯逐步发作成光栅。光栅周期模板周期的二分之一。众所周知，光栅自身是一种选频器材，运用光纤光栅能够制作成许多重要的光无源器材及光有源器材。例如: 色散抵偿器、增益均衡器、光分插复用器、光滤波器、光波复用器、光模或转换器、光脉冲压缩器、光纤传感器以及光纤激光器等。

4. 多芯单模光纤(Multi-Coremono-Mode Fiber，MCF)
多芯光纤是一个共用外包层、内含有多根纤芯、而每根纤芯又有自个的内包层的单模光纤。这种光纤的显着优势是本钱较低,出产本钱较通常的光纤约低50%。此外，这种光纤能够进步成缆的集成密度，一起也可下降施工本钱。以上是光纤技能在近几年里所获得的首要效果。至于光缆方面的效果，咱们以为首要表如今带状光缆的开发成功及批量化出产方面。这种光缆是光纤接入网及局域网中必备的一种光缆。当时光缆的含纤数量达千根以上，有力地确保了接入网的建造。

三光有源器材的开展
光有源器材的研讨与开发本来是一个最为活泼的范畴，但因为前几年已获得光辉的效果，所以当今的活动空间已大大减小。超晶格布局资料与量子阱器材，当时已彻底老练，并且能够大批量出产，已彻底商品化，如多量子阱激光器(MQW-LD，MQW-DFBLD)。

除此之外，当时已在下列几方面获得严重效果。

1. 集成器材
这里首要指光电集成(OEIC)已开端商品化，如散布反应激光器(DFB-LD)与电吸收调制器(EAMD)的集成，即DFB-EA，已开端商品化; 其它发射器材的集成，如DFB-LD、MQW-LD别离与MESFET或HBT或HEMT的集成; 接纳器材的集成首要是PIN、金属、半导体、金属探测器别离与MESFET或HBT或HEMT的前置扩大电路的集成。尽管这些集成都已获得成功，但还没有商品化。

2. 笔直腔面发射激光器(VCSEL)
因为便于集成和高密度运用，笔直腔面发射激光器遭到广泛注重。这种布局的器材已在短波长(ALGaAs/GaAs)方面获得无穷的成功，并开端商品化; 在长波长(InGaAsF/InP)方面的研制作业早已开端进行，当时也有少数商品。能够断语，笔直腔面发射激光器将在接入网、局域网中发扬严重效果。

3. 窄带呼应可调谐集成光子探测器
因为DWDM光网络体系信道间隔越来越小，乃至到0.1nm。为此，探测器的呼应谱半宽也应基本上到达这个需要。刚好窄带探测器有陡锐的呼应谱特性，能够满意这一需要。集F-P腔滤波器和光吸收有源层于一体的共振腔增强(RCE)型探测器能供给一个重要的全部解决方案。

4. 根据硅基的异质资料的多量子阱器材与集成(SiGe/Si MQW)
这方面的研讨是一大抢手。众所周知，硅(Si)、锗(Ge)是简接带源资料，发光功率很低，不适协作光电子器材，可是Si资料的半导体技能十分老练。所以大家想象，运用能带取舍工程使物质改性，以到达在硅基基础上制作光电子器材及其集成(首要是完成光电集成，即OEIC)的意图，这方面已获得无穷效果。有理论上有许多的立异，在技能上有严重的打破，器材水平日趋完善。

四光无源器材
光无源器材与光有源器材同样是不行短少的。因为光纤接入网及全光网络的开展，致使光无源器材的开展空前地抢手。惯例的常用器材已到达必定的工业规划，品种和功用也得到了极大的拓展和改进。所谓光无源器材即是指光能量消耗型器材、其品种繁复、功用各异，在光通讯体系及光网络中首要的效果是: 衔接光波导或光路; 操控光的传达方向; 操控光功率的分配; 操控光波导之间、器材之间和光波导与器材之间的光耦合; 合波与分波; 光信道的上下与穿插衔接等。前期的几种光无源器材已商品化。其间光纤活动衔接器无论在品种和产值方面都已有适当大的规划，不只满意国内需要，并且有少数出口。光分路器(功分器)、光衰减器和光隔离器已有小批量出产。跟着光纤通讯技能的开展，相继又呈现了许多光无源器材，如环行器、色散抵偿器、增益平衡器、光的上下复用器、光穿插衔接器、阵列波导光栅CAWG等等。这些都还处于研制期间或试出产期间，有的也能供给少数商品。按光纤通讯技能开展的通常规则来看，当光纤接入网大规划兴修时，光无源器材的需要量远远大于对光有源器材的需要。这首要是因为接入网的特色所决议的。接入网的商场约为整个通讯商场的三分之一。因此，接入网商品有无穷的商场及潜在的商场。

五光复用技能
光复用技能品种许多，其间最为重要的是波分复用(WDM)技能和光时分复用(OTDM)技能。光复用技能是当今光纤通讯技能中最为活泼的一个范畴，它的技能前进极大地推进光纤通讯作业的开展，给传输技能带来了革命性的革新。波分复用当时的商业水平是273个或更多的波长，研讨水平是1022个波长(能传输368亿路电话)，近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为15000个波长(包含光的偏振模色散复用，OPDM)。据1999年5月多伦多的Light Management Group Inc of Toronto演示报道，在一根光纤中传送了65536个光波，把PC数字信号传送到200m的广告板上，并选用声光操控技能，这阐明了密布波分复用技能的潜在才能是无穷的。 OTDM是指在一个光频率上，在不一样的时辰传送不一样的信道信息。这种复用的传输速度已到达320Gb/s的水平。若将DWDM与OTDM相结合，则会使复用的容量添加得更大，如虎添翼。

六光扩大技能
光扩大器的开发成功及其工业化是光纤通讯技能中的一个十分重要的效果，它大大地促进了光复用技能、光孤子通讯以及全光网络的开展。望文生义，光扩大器即是扩大光信号。在此之前，传送信号的扩大都是要完成光电改换及电光改换，即O/E/O改换。有了光扩大器后就可直接完成光信号扩大。光扩大器首要有3种: 光纤扩大器、拉曼扩大器以及半导体光扩大器。光纤扩大器即是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不一样的。掺铒光纤扩大器的增益带较宽，掩盖S、C、L频带; 掺铥光纤扩大器的增益带是S波段; 掺镨光纤扩大器的增益带在1310nm邻近。而喇曼光扩大器则是运用喇曼散射效应制作成的光扩大器，即大功率的激光写入光纤后，会发作非线性效应?喇曼散射。在不断发作散射的进程中，把能量转交给信号光，然后使信号光得到扩大。由此不难理解，喇曼扩大是一个散布式的扩大进程，即沿整个线路逐步扩大的。其作业带宽能够说是很宽的，几乎不受限制。这种光扩大器已开端商品化了，不过适当贵重。半导体光扩大器(S0A)通常是指行波光扩大器，作业原理与半导体激光器相相似。其作业带宽是很宽的。但增益起伏稍小一些，制作难度较大。这种光扩大器尽管已实用了，但产值很小。

以上，咱们体系、全部地谈论了光纤通讯技能的严重开展，至于光纤通讯技能的开展方向，能够归纳为两个方面: 一是超大容量、超长间隔的传输与交流技能; 二是全光网络技能。

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