什么是光纖通信技術(shù)

什么是光纖通信技術(shù)？光纖通信技術(shù)是通過光學(xué)纖維傳輸信息的通信技術(shù)。在發(fā)信端，信息被轉(zhuǎn)換和處理成便于傳輸?shù)碾娦盘?，電信號控制—光源，使發(fā)出的光信號具有所要傳輸?shù)男盘柕奶攸c，從而實現(xiàn)1880A·G2131966年，高錕等人提示了實現(xiàn)低衰耗光導(dǎo)纖維的可能性。197020/公里的石英光纖和體積很小的半導(dǎo)體激光器。此后，光纖及激光器等部件的質(zhì)量逐年迅速提高，80101000305000光纖通信技術(shù)進展綜述一引言隨著Internet的迅速普及以及寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)的快速發(fā)展，人們對信息的需求呈現(xiàn)出爆炸性的增長，幾乎是每半年翻一番。在這樣的背景下，信息高速公路建設(shè)已成為世界性熱潮。而作為信息高速公路的核心和支柱的光纖通信技術(shù)更是成為重中之重。很多國與其它行業(yè)相比，光纖通信更具有特殊意義。光纖通信事業(yè)是一個巨大的系統(tǒng)工程。它的各光纖光纜技術(shù)、傳輸技術(shù)、光有源器件、光無源器件以及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。二光纖光纜技術(shù)的進展光纖技術(shù)的進步可以從兩個方面來說明:;二是特種光纖。3850nm(第一窗口、1310nm(第二窗口1550nm(第三窗口)(L波段)(以及S波段窗口。其中特別重要的是無水峰的全波窗口。這些窗口開發(fā)成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣特種光纖具體有以下幾種:有源光纖這類光纖主要是指摻有稀土離子的光纖。如摻鉺(Er3+)、摻釹(Nb3+)、摻鐠(Pr3+)、摻鐿(Yb3+)、摻銩(Tm3+)等，以此構(gòu)成<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank"></a>1550nm附近L波段);摻主要應(yīng)用于1310nm波段;S波段(Raman)光纖放大器一起給光纖通信技術(shù)帶來了革命性的變:;網(wǎng))中作分配損耗補償;此外，在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中及光孤子通信系統(tǒng)中是不可缺少的關(guān)WDM(DispersionCompesationFiber，DCF)1550nm波長附近的色散為17ps/nm?km。當(dāng)速率超過2.5Gb/s時，隨著傳輸距離的增加，會導(dǎo)致誤碼。若在CATV系統(tǒng)中使用，會使信號失真。其主要原因是正色散值的積累引起色散加劇，從而使傳輸特性變壞。為了克服這一問題，必須采用色散值為負的光纖，即將反色散光纖串1550nm-50~200ps/nm?km。為了得到如(0.5~1dB/km)"雙補償"光纖(DDCF)(RDE)<BR><BR>光纖光柵(FiberGrating)通常稱寫入"))(22中的相位掩膜板實際A是模板周期的二分之一。眾所周知，光柵本身是一種選頻器件，利用光:光分插復(fù)用器、光濾波器、光波復(fù)用器、光?；蜣D(zhuǎn)換器、光脈沖壓縮器、光纖傳感器以及纖<ahref="http://33/article/lists/3.htm"激</a>器等<BR><BR> 4.多芯單模光纖(Multi-Coremono-ModeFiber，MCF)多芯光纖是一個共用外包層、內(nèi)含有多根纖芯、而每根纖芯又有自己的內(nèi)包層的單模光纖。這種光纖的明顯優(yōu)勢是成本較低4芯的這種光纖的生產(chǎn)成本較普通的光纖約低50%。此外，這種光纖可以提高成纜的集成密度，同時也可降低施工成本。以上是光纖技術(shù)在近幾年里所取得的主要成就。至于光纜方面的成就我們認為主要表現(xiàn)在帶狀光纜的開發(fā)成功及批量化生產(chǎn)方面這種光纜是光纖接入網(wǎng)及局域網(wǎng)中必備的一種光纜目前光纜的含纖數(shù)量達千根以上有力地保證了接入網(wǎng)的建設(shè)。三光有源器件的進展光有源器件的研究與開發(fā)本來是一個最為活躍的領(lǐng)域但由于前幾年已取得輝煌的成果，所以當(dāng)今的活動空間已大大縮小。超晶格結(jié)構(gòu)材料與量子阱器件目前已完全成熟，而且可以大批量生產(chǎn)，已完全商品化，如多量子阱<ahref="http://33/article/lists/3.htm" target="_blank"> 激光</a> 器(MQW-LD ，。<BR><BR> 除此之外，目前已在下列幾方面取得重大成就。集成器件這里主要指光電集成(OEIC)已開始商品化，如分布反饋<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank"></a>器(DFB-LD)與電吸收調(diào)制器(EAMD);DFB-LDMQW-LD分別與MESFET或HBTHEMT;接收器件的集成主要是PIN??金屬MESFETHBTHEMT成功，但還沒有商品化。垂直腔面發(fā)射<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank">激光</a>器(VCSEL)由于便于集成和高密度應(yīng)用，垂直腔面發(fā)射<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank">激光</a>器受到廣泛重視。這種結(jié)構(gòu)的器件已在短波長(ALGaAs/GaAs)方面取得巨大的成功，并開始商品化;在長波長(InGaAsF/InP)<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank">激光</a>器將在接入網(wǎng)、局域網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。DWDM光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道間隔越來越小，甚至到0.1nmF-P(RCE)型探測器能提供一個重要的全面解決方案。(SiGe/SiMQW)這方面的研究是一大熱點。眾所周知，硅(Si)、鍺(Ge)是簡接帶源材料，發(fā)光效率很低，不適合作光電子器件，但是Si(主要是實現(xiàn)光電集成，即OEIC)的目的，這方面已取得巨大成就。在理論上有眾多的創(chuàng)新，在技術(shù)上有重大的突破，器件水平日趨完善。四光無源器件光無源器件與光有源器件同樣是不可缺少的:;控制光的傳播方向;控制光功率的分配;控制光波導(dǎo)之間、器件之間和光波導(dǎo)與器件之間的光耦合;合波與分波;光信道的上下與交叉連接等。早期的幾種光無源器件已商品化。其中光纖活動連接)、光衰減器和光隔離器已有小批量生產(chǎn)。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，相繼又出接器、陣列波導(dǎo)光柵CAWG五光復(fù)用技術(shù)光復(fù)用技術(shù)種類很多，其中最為重要的是波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和光時分復(fù)用(OTDM)步極大地推動光纖通信事業(yè)的發(fā)展，給傳輸技術(shù)帶來了革命性的變革。波分復(fù)用當(dāng)前的商2731022(368)，近期的潛在水平為幾千個波長，理論極限約為15000。據(jù)19995月多倫多的LightManagementGroupIncofToronto演示報導(dǎo)，在一根光纖中傳送65536個光波，把PC200m的廣告板上，并采用聲光控制技術(shù)，這說明了密集波分復(fù)用技術(shù)的潛在能力是巨大的。OTDM是指在一個光頻率上，在不同的時刻傳320Gb/sDWDM與OTDM相結(jié)合，則會使復(fù)用的容量增加得更大，如虎添翼。六光放大技術(shù)光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個非常重要的成O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實現(xiàn)光信號放大。光放大器主要有3種:光纖放大器、拉曼)作為<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank"></a>活性物質(zhì)。每一種摻雜劑(4)SCL頻帶;摻銩光纖放大器的增益帶是S波段;1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的<ahref="http://33/article/lists/3.htm"target="_blank">激光</a>注入光纖后，會發(fā)生非線性效?target="_blank">激光</a>器相類似。其工作帶寬是很寬的(見圖。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產(chǎn)量很小。:;光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景不斷發(fā)展的光纖通信技術(shù)SDH系統(tǒng)TDMPDHSDH等。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)信息的傳送量越來越大，客戶信號中基于分組交換的分組信號的比例逐步增加。分組信號與連續(xù)碼流的特點完全不同，它具有隨機性、突發(fā)性，因此如何傳送這一類信號，就成為光通信技術(shù)要解決的重點。另外，傳送數(shù)據(jù)信號的光收發(fā)模塊及設(shè)備系統(tǒng)與傳統(tǒng)的EPONGPON等。在核心網(wǎng)，實現(xiàn)IP等數(shù)據(jù)信號在光層（包括在波分復(fù)用系統(tǒng)）IPoverOptical的技術(shù)。SDHSDH系統(tǒng)來傳送數(shù)據(jù)信號。起初只考慮了對ATMSDHFRIP10M-baseT、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、FiberChannel、FICON、ESCONIP等信號SDH虛容器VCIPEthernet裝進SDHIP/EthernetoveroverSDHIPEthernetPPPLAPSSDL、GFPIPover、POSEOS。不斷增加的信道容量PDH發(fā)展到SDH155Mb/s10Gb/s，近來，40GB/s已實現(xiàn)商品化。同時，單波道此外，利用波分復(fù)用等信道復(fù)用技術(shù)，還可以將系統(tǒng)容量進一步提高。目前32×10Gb/s（即320Gb/s）的DWDM系統(tǒng)已普遍應(yīng)用，160×10Gb/s（1.6Tb/s）10Tb/s的系統(tǒng)已在多家公司開發(fā)出來。光時分復(fù)用OTDM、孤子技術(shù)等已有很大進展。毫無疑問，這些對于骨干網(wǎng)的傳輸是非常有利的。信號超長距離的傳輸從宏觀來說，對光纖傳輸?shù)囊螽?dāng)然是傳輸距離越遠越好，所有研究光纖通信技術(shù)的機構(gòu)，都在這方20km、40km80km120km、160km。而且，總的無再生中繼距離也在不600km3000km、4000km。從技術(shù)的角度看，光纖放大器其在拉曼光纖放大器的RZCS-RZFECEFECSFEC等技術(shù)提高接收靈敏度；用色散補償和PMD補償技術(shù)解決光通道代價和選用合STM-6410Gb/sDWDM無電再生中繼器的超長距離傳輸。光傳輸與交換技術(shù)的融合隨著對光通信的需求由骨干網(wǎng)逐步向城域網(wǎng)轉(zhuǎn)移，光傳輸逐漸靠近業(yè)務(wù)節(jié)點。在應(yīng)用中人們覺得光通信僅僅作為一種傳輸手段尚未能完全適應(yīng)城域網(wǎng)的需要。作為業(yè)務(wù)節(jié)點，比較靠近用戶，特別對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶，希望光通信既能提供傳輸功能，又能提供多種業(yè)務(wù)的接入功能。這樣的光通信技術(shù)實際上可以SDHMSTPSDHMSTPSDHTDM、、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入處理和傳送，提MSTPFR、FDDI、FiberChannel、FICON、ESCON等眾多類型的業(yè)務(wù)。SDHMSTPWDMMSTPWDM的每個波道分別用作FE、GE23層交換功能等，使WDM系統(tǒng)不僅僅具有傳送能力，而且具有業(yè)務(wù)提供能力。進一步在光層網(wǎng)絡(luò)中，將傳輸與交換功能相結(jié)合的結(jié)果，則導(dǎo)出了自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASON的概念。ASON除了原有的光傳送平面和管理平面之外，還增加了控制平面，除了能實現(xiàn)原來光傳送網(wǎng)的固定型連接（硬連接）外，在信令的控制下，還可以實現(xiàn)交換的連接（軟連接）和混合連接。即除了傳送功能外，還有交換功能。互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求與下一代全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢WDM為核心、以智能化光網(wǎng)絡(luò)（ION）為目標(biāo)的光傳送網(wǎng)進一步將控制信令引入光層，滿足未來網(wǎng)絡(luò)對多粒度信息交換的需求，提高資源利用率和組網(wǎng)IP業(yè)務(wù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)已成為人們廣泛關(guān)注的熱點之一。對承載業(yè)務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)而言，下一步面臨的主要問題不僅僅是要求超大容量和寬帶接入等明顯需求，還需要光層能夠提供更高的智能性和在光節(jié)點上實現(xiàn)光交換，其目的是通過光層和IP層的適配與融合，建立一個經(jīng)濟高效、靈活擴展和支持業(yè)務(wù)QoS等的光網(wǎng)絡(luò)，滿足IP業(yè)務(wù)對信息傳輸與交換系統(tǒng)的要求。IP僅用來為用戶建立連接、提供服務(wù)和對底層網(wǎng)絡(luò)進行控制，而且具有高可靠性、可擴展性和高有效性等突出特點，并支持不同的技術(shù)方案和不同的業(yè)務(wù)需求，代表了下一代光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展方向。IPIT業(yè)正處于融合與沖突的“洗牌”欲出。尤其是隨著軟件控制（“軟光”技術(shù)）的使用，使得今天的光網(wǎng)絡(luò)將逐步演進為智能化的光網(wǎng)絡(luò)，它需求的業(yè)務(wù)，從而使運營者可以建設(shè)并靈活管理的光網(wǎng)絡(luò)，并開展一些新的應(yīng)用，包括帶寬租賃、波長業(yè)務(wù)、光層組網(wǎng)、光虛擬專用網(wǎng)（OVPN）等新業(yè)務(wù)。綜上所述，以高速光傳輸技術(shù)、寬帶光接入技術(shù)、節(jié)點光交換技術(shù)、智能光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，并面向IP互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的光波技術(shù)已構(gòu)成了今天的光纖通信研究熱點，在未來的一段時間里，人們將繼續(xù)研究和建設(shè)各種先進的光網(wǎng)絡(luò)，并在驗證有關(guān)新概念和新方案的同時，對下一代光傳送網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進行更全面、更深入地研究。從技術(shù)發(fā)展趨勢角度來看，WDM技術(shù)將朝著更多的信道數(shù)、更高的信道速率和更密的信道間隔的方向發(fā)展。從應(yīng)用角度看，光網(wǎng)絡(luò)則朝著面向IP置和生存性更強的方向發(fā)展，尤其是為了與近期需求相適應(yīng)，光通信技術(shù)在基本實現(xiàn)了超高速、長距離、大容量的傳送功能的基礎(chǔ)上，將朝著智能化的傳送功能發(fā)展。光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢IPoverSDHIPoverOptical局面，本文旨在對光纖通信領(lǐng)域的主要發(fā)展熱點作一簡述與展望。向超高速系統(tǒng)的發(fā)展2O容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時分復(fù)用方式進行，430％～40％；因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去20多年來一直在持續(xù)增加的根本原因。目前商用系統(tǒng)已從45Mbps10Gbps2020O010Gbps5000系統(tǒng)對于光纜極化模色散比較敏感，而已經(jīng)敷設(shè)的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps4OGbps，采用色度色散和極化模色散補償以及偽三進制（即雙二進制）100km。然而，采用電的時分復(fù)用來提高傳輸容量的作法已經(jīng)接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，沒有太多潛力可40Gbps（WDM）方式進入大規(guī)模商用階段，而其它方式尚處于試驗研究階段。向超大容量WDM系統(tǒng)的演進如前所述，采用電的時分復(fù)用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm是波分復(fù)用WDM）（1）可以充分利用光纖的在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)，是引入利用WDM網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。鑒于上述應(yīng)用的巨大好處及近幾年來技術(shù)上的重大突破和市場的驅(qū)動，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。如果認為1995年是起飛年的話，其全球銷售額僅僅為12000402005120WDM3000320Gbps（2*16*10Gbps），美國朗訊公司已宣布將推出80個波長的WDM系統(tǒng)，其總?cè)萘靠蛇_200Gbps（80*2.5Gbps）或400Gbps（40*10Gbps）。實驗室的最高水平則已達到2.6Tbps（13*20Gbps）。預(yù)計不久實用化系統(tǒng)的容量即可達到1Tbps2年來超大容量密集波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展是光纖通信發(fā)展史上的又一里程碑光傳輸鍵路的容量，而且也成為IP的基礎(chǔ)?！獞?zhàn)略大方向上述實用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容也能實現(xiàn)類似SDH和光的交叉連接設(shè)備均已在實驗室研制成；（2）實現(xiàn)網(wǎng)可重構(gòu)性，達到靈活重實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，恢復(fù)時間可達100ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預(yù)研，特別是美國國防部預(yù)研局（DARPA）資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項目，如以Be11core為主開發(fā)的“光網(wǎng)技術(shù)合作計劃（ONTC）”，以朗訊公司為主開發(fā)的“全光通信網(wǎng)”預(yù)研計劃”，“多波長光網(wǎng)絡(luò)（MONET）”和“國家透明光網(wǎng)絡(luò)（NTON）”等。在歐洲和日本，也分別有類似的光聯(lián)網(wǎng)項目在進行。綜上所述光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。其標(biāo)準(zhǔn)化工作將于2000年基本完成，其2000(NII)新一代的光纖近幾年來隨著IP的G.652的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)（G.655光纖和無水吸收峰光纖（全波光纖）。新一代的非零色散光纖非零色散光纖）的基本設(shè)計思想是在155010Gbps的長距離傳輸而無需色散補償，從而節(jié)如以上），適宜開通具有足夠多波長的DWDMTDMDWDM通常1510～1520nm范圍）或長波長側(cè)m附近1550nmG.6551550nm波長區(qū)的色散值為G.6521／6～1／7，因此色散補償距離也大致為G.6526～7（包括光放大器，色散補償器和安裝調(diào)試）遠低于G.652全波光纖與長途網(wǎng)相比，城域網(wǎng)面臨更加復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)環(huán)境，要直接支持大用50～80km，因而很少應(yīng)用光纖放大器，光纖色散也不是問題。顯然，在這樣的應(yīng)用環(huán)境下，怎樣才1385nm附近的水吸收峰，因而的。全波光纖采用了一種全新的生產(chǎn)工藝，幾乎可以完全消除由水峰引起的衰減。除了沒有水峰以外，全波光纖與普通的標(biāo)準(zhǔn)G.652匹配包層光纖一樣。然而，由于沒有了水峰，5（1）可用波長范圍增加100nm，使光200nm300nm（2）由于上述波長范圍內(nèi)，光纖的色散僅為155Onm波長區(qū)的一半，因而，容易實現(xiàn)高比特率長距離傳輸；（3）管理；（4）當(dāng)IPoverSDHIPoverOpticalIP的主要推動力，因而能否有效地支持IP目前，ATMSDH均能支持IP，分別稱為IPoverATMIPoverSDHIPoverATMATMIP25％～30%）。而SDH與IPIPoverATM基本思路是將IP直接映射到SDH幀，省掉了中間復(fù)雜的ATM層。具體作法是先把IP數(shù)據(jù)包封裝進PPP分組，然后利用HDLCSDHVCSDH開銷置入STM－NIPoverSDHIP體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，降低了成本，易于IP組插和兼容的不同技術(shù)體系實現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)。最主要優(yōu)點是可以省掉ATMIPoverATM25％～30網(wǎng)絡(luò)容量和擁塞控制能力IP業(yè)務(wù)為主的理想方案。隨著千兆比高速路由方面近來已有突Cisco公司推出的12000（GS，可在千兆比特速5～60Gbps和QOS10GbpsATMIPoverSDH泛的應(yīng)用。但從長遠看，當(dāng)IP2.4Gbps的鏈路容量時，則有可能最終會省掉中間的SDH層，IPIPoverOptical）。顯然，這是一種最簡單直接的體系結(jié)構(gòu)，省掉了中間ATM層與SDHIP的不對稱業(yè)務(wù)量特性相匹配；還可利用光纖環(huán)路的保護光纖吸收突發(fā)業(yè)務(wù)，盡量避免緩存，減少延ATM交換機和大量普通SDHIP的不同部分發(fā)揮自IPoverOptical特別是隨著IPIP特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)overATM，IPoverSDHIPoverOptical6解決全網(wǎng)瓶頸的手段——光接入網(wǎng)過去幾年間，網(wǎng)絡(luò)的。而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅線主宰的9％以上）、原xDSL系統(tǒng)，同軸電纜上的HFC系統(tǒng)，寬帶無線接，迎接多媒體時代。所謂光接入網(wǎng)從廣義上可以包括光數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)（PON）兩類。數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)DLCVS.1／V5.2，并在光纖上傳輸綜合的DLC（IDLC），顯示了很大的生命力，以美國為例，目前的1.3億用戶線中，