光纖通信技術(shù)研究論文4篇

[精編]光纖通信技術(shù)研究論文4篇篇一：光纖通信50年1966年7月，英藉華裔學(xué)者、香港居民高錕博士（K.C.Kao）在PIEE雜志上發(fā)表了一篇名為《用于光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的研究論文，該文從理論上分析證明了當把光纖的衰耗系數(shù)降低到20dB/km以下時，用光纖作為傳輸介質(zhì)以實現(xiàn)光通信的可能性，科學(xué)地予言了制造通信用的超低損耗光纖的可能性。而當時世界上只能制造用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)方面的光纖，其損耗在1000dB/km以上。對于制造損耗在20dB/km以下的光纖，被認為是異想天開不可能的事。以后光纖通信發(fā)展的事實雄辯地證明了高錕博士文章的理論性和科學(xué)大膽予言的正確性，所以該文被譽為光纖通信開創(chuàng)性的里程碑。高錕博士于2009年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。被譽為光纖通信之父。1、高錕博士高錕，華人物理學(xué)家，1933年11月4日出生于中國上海，祖籍江蘇金山（今上海市金山區(qū)），擁有英國和美國雙重國籍，并持香港居民身份，目前在香港和美國加州山景城兩地居住。高錕為光纖通訊、電機工程專家，華文媒體譽之為“光纖之父”、普世譽之為“光纖通訊之父”（FatherofFiberOpticCommunications）。１９５７年在倫敦大學(xué)理學(xué)院學(xué)習(xí)時獲電機工程學(xué)學(xué)士學(xué)位。大學(xué)畢業(yè)后進入倫敦標準電話和電纜公司擔(dān)任工程師。１９６０年轉(zhuǎn)到英國哈洛標準遠程通信實驗有限公司工作。１９６５年獲英國倫敦大學(xué)電子工程學(xué)博士學(xué)位，之后他繼續(xù)留在哈洛公司任總工程師。1970年應(yīng)香港中文大學(xué)邀請籌辦電子工程系，擔(dān)任香港中文大學(xué)電子系教授及講座教授，任職四年。1974年又返回ITT公司，在位于美國弗吉尼亞州勞諾克的光電產(chǎn)品部擔(dān)任主任科學(xué)家，后擢升為工程主任。1982年，獲任命為首位“ITT執(zhí)行科學(xué)家”，在康尼迪克州的先進技術(shù)中心工作。爾后，他擔(dān)任過美國耶魯大學(xué)電機工程系教授。1987年，出任香港中文大學(xué)第三任校長，直至1996年正式退休。退休后居于香港，并擔(dān)任香港特區(qū)政府科技創(chuàng)新委員會委員。

高錕博士現(xiàn)是美國國家工程院院士、英國皇家工程科學(xué)院院士、英國皇家藝術(shù)學(xué)會會員、瑞典皇家工程科學(xué)院外籍院士、臺灣中央研究院院士，美國電氣與電子工程師學(xué)會和英國電氣工程師協(xié)會的特別會員，美國光學(xué)會的會員。他熱愛祖國，關(guān)心中國光纖通信科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，曾多次應(yīng)邀回中國大陸訪問和講學(xué)交流，就光纖通訊科技的發(fā)展提供信息和指導(dǎo)。香港中文大學(xué)在他的領(lǐng)導(dǎo)下，設(shè)立了一個與內(nèi)地高等院校進行交流的專門機構(gòu)，撥出大量合作研究經(jīng)費，與１００多所內(nèi)地優(yōu)秀高等學(xué)府和科研機構(gòu)保持緊密聯(lián)系，接待了大批到該校進行工作訪問的專家及學(xué)者。１９９６年６月７日，高錕博士被推選為中國科學(xué)院外籍院士。１９９０年，英國塞薩斯大學(xué)授予他榮譽理學(xué)博士學(xué)位。１９９１年，日本創(chuàng)價大學(xué)授予他榮譽博士學(xué)位。１９９２年，英國格拉茲高大學(xué)授予他榮譽工程學(xué)博士學(xué)位。１９９４年，他獲得英國達勒姆大學(xué)榮譽理學(xué)博士學(xué)位。次年，他又獲得澳洲格理斐思大學(xué)榮譽博士學(xué)位。歷年來獲獎1976年，美國硅酸鹽學(xué)會“摩尼獎”1977年，美國富蘭克林研究所“史特活·柏蘭亭獎?wù)隆?978年，英國蘭克信托基金會“蘭克獎”1978年，美國電機電子工程師學(xué)會“摩理斯·H·利柏曼紀念獎”1979年，瑞典艾力松基金會“L·M·艾力松國際獎”1980年，美國軍用通訊與電子協(xié)會1985年，美國電機及電子工程師學(xué)會“亞歷山大·格林姆·貝爾獎?wù)隆?985年，美國馬可尼基金會“馬可尼國際科學(xué)家獎”1985年，意大利熱那亞市“哥倫布獎?wù)隆?987年，日本通訊及計算機促進基金會“通訊及計算機獎”1989年，英國電機工程師學(xué)會“法拉第獎?wù)隆?989年，美國物理學(xué)會“詹姆斯·C·麥高第新材料獎”1992年，光學(xué)工程國際協(xié)會（SPIE）“協(xié)會金章獎”1995年，世界工程組織協(xié)會“杰出工程成就金章”1996年，英國皇家工程學(xué)院“菲利普親王獎?wù)隆?996年，第十二屆“日本國際獎”1999年，美國國家工程學(xué)會“查爾斯·斯塔克·德雷珀獎”2000年，《新聞周刊》“20世紀亞洲風(fēng)云人物”，高錕與鄧小平共同當選2006年，香港工程師學(xué)會“HKIE金章獎”2009年，諾貝爾物理學(xué)獎，2010年，影響世界華人盛典科學(xué)研究類“影響世界華人大獎”

1993年，英帝國司令勛章2010年6月12日，英國政府宣布2010年的英女王壽辰授勛名單，高錕獲頒爵士勛銜。2010年11月，香港特區(qū)政府頒授高錕等七人獲最高榮譽的大紫荊勛章。由于高錕的杰出貢獻，1996年，中國科學(xué)院紫金山天文臺將一顆于1981年12月3日發(fā)現(xiàn)的國際編號為“3463”的小行星命名為“高錕星”。1996年11月7日，香港中文大學(xué)將科學(xué)館北座命名為“高錕樓”并設(shè)立“高錕基金”。2010年3月1日，高錕出席由香港特區(qū)政府及香港科技園公司在香港科學(xué)園舉行的“高錕會議中心”命名儀式。高錕經(jīng)典名言：千萬不要盲目相信專家，要有自己的獨立思考。譬如我說，光纖在一千年之后還會被應(yīng)用，大家便不應(yīng)該隨便相信我，要有自己的看法和信念?！咤K年輕人總有自己的理想，但最重要的是，你要清楚了解自己在干什么？同時，為什么你認為和相信這是“可為”的?！咤K2、

光纖通信意義光波作為傳輸信息的載體，有巨大的帶寬資源，以1500nm光波作載體計算（ν=C/λ）本征帶寬可達200THZ（1THZ=1000GHZ）可同時承載240億路PCM數(shù)字電話，全世界每人同時可用4部電話。因為有了光纖通信，因特網(wǎng)才能得到普及全世界的應(yīng)用?？梢哉f光纖通信能承載的信息容量是一個難以想象的天文數(shù)字。現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱是光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信，而其中光纖通信是主體，它徹底改變了人類通訊的模式，為目前的信息高速公路奠定了基礎(chǔ)，其實際應(yīng)用僅是其潛在能力的2％左右，尚有巨大的潛力等待人們?nèi)ラ_發(fā)利用。光纖通訊不僅僅是科技上的進步，還帶來了重大的社會變革，他的成果給通信界帶來了一場驚天動地的革命。開啟了人類信息科技革命新紀元。3、

光纖通信三要素及其發(fā)展光導(dǎo)纖維、光源（激光器)、光電探測器（1）光導(dǎo)纖維：1970年世界上第一根低損耗的石英光纖，美國康寧玻璃公司的三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克成功地制成了傳輸損耗每千米只有20分貝的光纖，把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。1973

年，美國貝爾(Bell)實驗室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974

年降低到1.1dB/km。1976年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長1.2μm)。在以后的

10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，1990年是0.14dB/km

接近了光纖最低損耗的理論極限。1975年貝爾實驗室實現(xiàn)點到點的光纖通信。1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。1977年芝加哥建成商用試驗段（850nm多模光纖7km，44.7Mb/s）1990年單模光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段（565Mb/s），并著手進行零色散移位光纖和波分復(fù)用及相干通信的現(xiàn)場試驗。自1975年至今已發(fā)展了4代光通信系統(tǒng)：

850多模，1300多模，1300單模和1550單模。（2）

光源（激光器）：1962年IBM，通用電器和林肯實驗室?guī)缀跬瑫r發(fā)表在GaAs同質(zhì)結(jié)二極管中觀察到激光，我國中科院半導(dǎo)體所和中科院長春光機所在1963年幾乎同時觀察到GaAs同質(zhì)結(jié)激光。1970年Bell實驗室和列寧格勒約飛物理所公布GaAlAs激光器室溫連續(xù)工作。1976年美籍華人謝肇金(J.J.Hsieh)在林肯實驗室制成InGaAsP激光器。1979年美國電報電話(AT&T)公司和日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。(3)光電探測器：si、Ge、InGaAs/InP……等。各種器件發(fā)展迅速，（激光器、探測器、調(diào)制器、光放大器、光開關(guān)、分路器、波分復(fù)用器……等）。特別是摻鉺光纖放大器(EDFA)、垂直腔面發(fā)射激光器、量子阱，超晶格器件的發(fā)展。4、

我國光纖通信的發(fā)展李家治、

張英華

在20世紀70年代初，國際上光纖技術(shù)處在起步階段。我們預(yù)見到這一新技術(shù)在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中的重要作用，因此積極組織調(diào)研并組織科研人員開展光通訊用石英光導(dǎo)纖維的研究。經(jīng)中科院鑒定，所制成的光纖及其工藝都在上海新滬玻璃廠光纖車間得到推廣和應(yīng)用。這些成果在當時國內(nèi)光纖研究剛起步的情況下，推動了全國第一條光纖通信試驗段的開通。20世紀80年代初上海在四川北路建成一條光纖通信試驗段1.8km,8Mb/s。在國內(nèi)開了一個好頭。光器件是潘慧珍、逄永秀提供的GaAlAs/GaAs發(fā)光管。中國信息通信研究院日前發(fā)布研究成果顯示，中國有望在2016年趕超韓國、日本，建成世界領(lǐng)先的“光纖”主導(dǎo)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)用戶占比將達到70%至75%。預(yù)計明年中國50%寬帶用戶將是20M以上寬帶，80%的用戶是8M以上寬帶。近日，“超高速超大容量超長距離光傳輸基礎(chǔ)研究”國家973項目在武漢通過課題驗收，在國內(nèi)首次實現(xiàn)一根普通單模光纖中以超大容量超密集波分復(fù)用傳輸80公里，傳輸總?cè)萘窟_到100.23Tb/s，相當于12.01億對人在一根光纖上同時通話。我國已擺脫從前處處受制于國外的局面，迅速成為光纖光纜產(chǎn)能和產(chǎn)量占有全球50%以上份額的“生產(chǎn)大國”。我國光纖光纜產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新和整體創(chuàng)新水平得到快速提高，處于全球市場舉足輕重的主導(dǎo)地位。5、展望光通信發(fā)展與光電子學(xué)發(fā)展密不可分。開展能帶工程研究，人工改性新材料和器件開發(fā)、量子阱、超晶格結(jié)構(gòu)理論的進一步完善和探索。SiGe/Si新材料、新器件的探索。促進OEIC和PIC發(fā)展有望與微電子集成結(jié)合。在光孤子通信、超長波長通信、相干光通信和光量子通信方面也正在取得巨大進展。光弧子通信：1834年英人羅索首次提出弧子波概念。1973年Hasegawa提出光纖中的光弧子。1980年Mollenaner實驗證實光纖中光弧子存在。相干光通信：相當于微波中的外差接收方式，信號光與本征光進行相干混頻，然后檢測，可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相。從1970年到現(xiàn)在雖然只有短短不到三十年的時間，但光纖通信技術(shù)卻取得了極其驚人的進展。用帶寬極寬的光波作為傳送信息的載體以實現(xiàn)通信，幾百年來人們夢寐以求的幻想在今天已成為活生生的現(xiàn)實。然而就目前的光纖通信而言，其實際應(yīng)用僅是其潛在能力的2％左右，尚有巨大的潛力等待人們?nèi)ラ_發(fā)利用。因此，光纖通信技術(shù)并未停滯不前，而是向更高水平、更高階段方向發(fā)展。

篇二：摘要綜述了近期光纖光纜和通信電纜在制造、施工及維護技術(shù)上的發(fā)展特點，分析了其發(fā)展趨勢，并就我國光纖光纜及通信電纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些值得思考的問題。關(guān)鍵詞光纖光纜通信電纜ITU-T建議技術(shù)發(fā)展

1

光纖技術(shù)發(fā)展的特點1.1

網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對光纖提出新的要求下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）引發(fā)了許多的觀點和爭論。有的專家預(yù)言，不管下一代網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展，一定將要達到三個世界，即服務(wù)層面上的IP世界、傳送層面上的光的世界和接入層面上的無線世界。下一代傳送網(wǎng)要求更高的速率、更大的容量，這非光纖網(wǎng)莫屬，但高速骨干傳輸?shù)陌l(fā)展也對光纖提出了新的要求。（1）擴大單一波長的傳輸容量目前，單一波長的傳輸容量已達到40Gbit/s，并已開始進行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上傳輸對光纖的PMD將提出一定的要求，2002年的ITU-TSG15會議上，美國已提出對40Gbit/s系統(tǒng)引入一個新的光纖類別（G.655.C）的提議，并建議對其PMD傳輸中的一些問題進行深入探討，也許不久的將來就會出現(xiàn)一種專門的40Gbit/s光纖類型。（2）實現(xiàn)超長距離傳輸無中繼傳輸是骨干傳輸網(wǎng)的理想，目前有的公司已能夠采用色散齊理技術(shù)，實現(xiàn)2000～5000km的無電中繼傳輸。有的公司正進一步改善光纖指標，采用拉曼光放大技術(shù)，可以更大地延長光傳輸?shù)木嚯x。（3）適應(yīng)DWDM技術(shù)的運用目前32×2.5Gbit/sDWDM系統(tǒng)已經(jīng)運用，64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/s系統(tǒng)已在開發(fā)并取得很好的進展。DWDM系統(tǒng)的大量使用，對光纖的非線性指標提出了更高的要求。ITU-T對光纖的非線性屬性及測試方法的標準（G.650.2）最近也已完成，當光纖的非線性測試指標明確之后，對光纖的有效面積將會提出相應(yīng)指標，特別是對G.655光纖的非線性特性會有進一步改善的要求。1.2

光纖標準的細分促進了光纖的準確應(yīng)用2000年世界電信標準大會批準將原G.652光纖重新分為G.652.A、G.652.8和G.652.C3類光纖；將G.655光纖重新分為G.655.A和G.655.B兩類光纖。這種光纖標準的細分促進了光纖的準確使用，細化標準的同時也提高了一些光纖的指標要求（如有些光纖幾何參數(shù)的容差變小），明確了對不同的網(wǎng)絡(luò)層次和不同的傳輸系統(tǒng)中使用的光纖的不同指標要求（如PMD值的規(guī)定），并提出了一些新的指標概念（如“色散縱向均勻性”等），對合理使用光纖取得了很好的作用。所有這些建議的修改、子建議的出現(xiàn)及新子建議的起草，都意味著光纖分類及指標、測試方法有某些改進，或有重要的提升；都標志著要求光纖質(zhì)量的提高或運用方向上的調(diào)整，是值得注意的光纖技術(shù)新動向。1.3

新型光纖在不斷出現(xiàn)為了適應(yīng)市場的需要，光纖的技術(shù)指標在不斷改進，各種新型光纖在不斷涌現(xiàn)，同時各大公司正加緊開發(fā)新品種。（1）用于長途通信的新型大容量長距離光纖主要是一些大有效面積、低色散維護的新型G.655光纖，其PMD值極低，可以使現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的容量方便地升級至10～40Gbit/s，并便于在光纖上采用分布式拉曼效應(yīng)放大，使光信號的傳輸距離大大延長。如康寧公司推出的PureModePM系列新型光纖利用了偏振傳輸和復(fù)合包層，用于10Gbit/s以上的DWDM系統(tǒng)中，據(jù)稱很適合于拉曼放大器的開發(fā)與應(yīng)用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纖，據(jù)介紹已有傳輸100km長度以上單信道40Gbit／s、總?cè)萘?0.2Tbit／s的記錄。還有一些公司開發(fā)負色散大有效面積的光纖，提高了非線性指標的要求，并簡化了色散補償?shù)姆桨?，在長距離無再生的傳輸中表現(xiàn)出很好的性能，在海底光纜的長距離通信中效果也很好。（2）用于城域網(wǎng)通信的新型低水峰光纖城域網(wǎng)設(shè)計中需要考慮簡化設(shè)備和降低成本，還需要考慮非波分復(fù)用技術(shù)（CWDM）應(yīng)用的可能性。低水峰光纖在1360～1460nm的延伸波段使帶寬被大大擴展，使CWDM系統(tǒng)被極大地優(yōu)化，增大了傳輸信道、增長了傳輸距離。一些城域網(wǎng)的設(shè)計可能不僅要求光纖的水峰低，還要求光纖具有負色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以組合運用這種負色散光纖與G.652光纖或G.655標準光纖，利用它來做色散補償，從而避免復(fù)雜的色散補償設(shè)計，節(jié)約成本。如果將來在城域網(wǎng)光纖中采用拉曼放大技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)也將具有明顯的優(yōu)勢。但是畢竟城域網(wǎng)的規(guī)范還不是很成熟，所以城域網(wǎng)光纖的規(guī)格將會隨著城域網(wǎng)模式的變化而不斷變化。（3）用于局域網(wǎng)的新型多模光纖由于局域網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)的高速發(fā)展，大量的綜合布線系統(tǒng)也采用了多模光纖來代替數(shù)字電纜，因此多模光纖的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖，是因為局域網(wǎng)傳輸距離較短，雖然多模光纖比單模光纖價格貴50％～100％，但是它所配套的光器件可選用發(fā)光二極管，價格則比激光管便宜很多，而且多模光纖有較大的芯徑與數(shù)值孔徑，容易連接與耦合，相應(yīng)的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纖標準，但由于局域網(wǎng)發(fā)展的需要，它仍然得到了廣泛使用。而ITU-T推薦的G.651光纖，即50/125μm的標準型多模光纖，其芯徑較小、耦合與連接相應(yīng)困難一些，雖然在部分歐洲國家和日本有一些應(yīng)用，但在北美及歐洲大多數(shù)國家很少采用。針對這些問題，目前有的公司已進行了改進，研制出新型的5O/125μm光纖漸變型（G1）光纖，區(qū)別于傳統(tǒng)的50/125μm光纖纖芯的梯度折射率分布，它將帶寬的正態(tài)分布進行了調(diào)整，以配合850nm和1300nm兩個窗口的運用，這種改進可能會為50/125pm光纖在局域網(wǎng)運用找到新的市場。（4）前途未卜的空芯光纖據(jù)報道，美國一些公司及大學(xué)研究所正在開發(fā)一種新的空芯光纖，即光是在光纖的空氣夠傳輸。從理論上講，這種光纖沒有纖芯，減小了衰耗，增長了通信距離，防止了色散導(dǎo)致的干擾現(xiàn)象，可以支持更多的波段，并且它允許較強的光功率注入，預(yù)計其通信能力可達到目前光纖的100倍。歐洲和日本的一些業(yè)界人士也十分關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究證明空芯光纖似有可能。如果真能實用，就能解決現(xiàn)有光纖系統(tǒng)長距離傳輸?shù)膯栴}，并大大降低光通信的成本。但是，這種光纖使用起來還會遇到許多棘手的問題，比如光纖的穩(wěn)定性、側(cè)壓性能及彎曲損耗的增大等。因此，對于這種光纖的現(xiàn)場使用還需做進一步的探討。2

光纜技術(shù)的發(fā)展特點2.1

光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得光纜的新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)光纜的結(jié)構(gòu)總是隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、使用環(huán)境的要求而發(fā)展的。新一代的全光網(wǎng)絡(luò)要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝維護、使用壽命更長等。近年來，光纜結(jié)構(gòu)的發(fā)展可歸納為以下一些特點。1）光纜結(jié)構(gòu)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有了明確的光纖類型的選擇，如干線網(wǎng)光纖、城域網(wǎng)光纖、接入網(wǎng)光纖、局域網(wǎng)光纖等，這決定了大范圍內(nèi)光纜光纖傳輸特性的要求，具體運用的條件還有可依據(jù)的細分的標準及指標；2）光纜結(jié)構(gòu)除考慮光纜使用環(huán)境條件以外，越來越多的與其施工方法、維護方法有關(guān)，必須統(tǒng)一考慮，配套設(shè)計；3）光纜新材料的出現(xiàn)，促進了光纜結(jié)構(gòu)的改進，如干式阻水料、納米材料、阻燃材料等的采用，使光纜性能有明顯改進。不同的場合和不同的要求造成了光纜的多結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，新的光纜結(jié)構(gòu)以及在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上不斷改進的各種結(jié)構(gòu)也在不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了如下一些類型?！ぁ案衫|芯”式光纜：所謂“干纜芯”即區(qū)別于常用的填充管型的光纜纜芯。這種纜的阻水功能主要靠阻水帶、阻水紗和涂層組合來完成，其防水性能、滲水性能都與傳統(tǒng)的光纜相同，但它具有生產(chǎn)、運輸、施工和維護上的一些優(yōu)點。首先是方便，因為阻水材料不含粘性脂類，操作使用比較方便安全；其次，干式光纜重量輕、易接續(xù)、易搬運，設(shè)備投資小、成本低，生產(chǎn)使用中也顯得干凈衛(wèi)生，在長期使用中還可減少纜芯中各種元件之間的相對移動。特別是在接入網(wǎng)室內(nèi)纜和用戶纜中，好處更加明顯?！ど鷳B(tài)光纜：一些公司從環(huán)境保護及阻燃性能的要求出發(fā)，開發(fā)了生態(tài)光纜，應(yīng)用于室內(nèi)、樓房及家庭?，F(xiàn)有光纜中使用的一些材料已不符合環(huán)保的要求，如PVC燃燒時會放出有毒性氣體，光纜穩(wěn)定劑中有時含鉛，都是對人體及環(huán)境有害的。2001年ITU-T已通過了一項L45建議——“使電信網(wǎng)外部設(shè)備對環(huán)境的影響最小化”建議，通過對光纜、電纜光器件及電桿等基于壽命周期怦估（LifeCycleAnalysis，LCA）的方法來確定產(chǎn)品對環(huán)境的影響。由于環(huán)境因素正日益受到重視，對通信外部設(shè)備，特別是光纜產(chǎn)品規(guī)定這樣的指標已提到日程上來，如果不在材料和工藝上下功夫就難以達到環(huán)保的要求。因此已有不少公司針對此類問題開發(fā)了一些新材料，如對室內(nèi)用纜，開發(fā)了含有阻燃添加劑的聚酞胺化合物，以及無鹵性阻燃塑料等?！ず５坠饫|：海底光纜近年來有根快的發(fā)展，它要求長距離、低衰減的傳輸，而且要適應(yīng)海底的環(huán)境，對抗水壓、抗氣損、抗拉伸、抗沖擊的要求都特別嚴格?！\水光纜（MarinizedTerrestrailCable，MTC）：淺水光纜是區(qū)別于海底光纜而提出來的另一類結(jié)構(gòu)的水下光纜，適合于在海岸邊上、淺水中安裝，無需中繼、通信距離比較短的水下（如島嶼間、沿海岸邊上的城市）敷設(shè)使用。這種光纜區(qū)別于海底光纜的環(huán)境，需要的光纖數(shù)不多（中等），但要求結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，易于安裝和運輸，便于修復(fù)和維護。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定義下的淺水光纜建議，為建設(shè)類似的水下光纜提供了一組規(guī)范，隨后也有可能形成相應(yīng)的國際標準?！の⑿凸饫|：為了配合氣壓安裝（或水壓安裝）施工系統(tǒng)的運用，各種微型的光纜結(jié)構(gòu)已在設(shè)計和使用中。對于氣壓安裝的微型光纜，要求光纜與管道之間有一定的系數(shù)，光纜重量要準確，具有一定的硬度等。這種微型光纜和自動安裝的方式是未來接入網(wǎng)，特別是用戶駐地網(wǎng)絡(luò)中綜合布線系統(tǒng)很有潛力的一種方式，如在智能建筑中運用的智能管道中就非常適合這種安裝?！げ捎昧思{米材料的光纜：近來，一些廠商已開發(fā)出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護套用聚乙烯（PE）及光纖護套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命。目前此類材料尚處于試用階段。·全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）：全介質(zhì)光纜對防止電磁影響及防雷電都有優(yōu)良的特性，而且重量輕、外徑小，架空使用非常方便，在電力通信網(wǎng)中已得到大量的應(yīng)用。預(yù)計2000～2005年，每年電力部門對ADSS光纜需求約15000km。ADSS同時也是電信部門在對抗電磁干擾及雷暴日高的敷設(shè)環(huán)境中一種很好的光纜類型的選擇。在今后一段時間內(nèi)，如何在滿足要求的前提下，盡量減小ADSS光纜的外徑，減輕光纜的重量，提高其耐電壓性能是ADSS光纜研究改進的課題?！ぜ芸盏鼐€光纜（OPGW）：OPGW已出現(xiàn)了很長一段時間，近年來一直在改進和提高之中。OPGW的光纖單元中采用PBT，于套管外面再加上一層不銹鋼管，有的還在塑料套管與不銹鋼管之間加上一層熱塑膠，不銹鋼管用激光焊接長度可達數(shù)十公里，光纖在這樣的多層保護管中得到了充分的機械保護。預(yù)計從現(xiàn)在到2005年，OPGW光纜的需求將會逐年上升，每年增加約2500km，到2005年預(yù)計可達到20000km。當然對OPGW光纖的防雷問題一直是業(yè)界十分關(guān)注的問題，也應(yīng)配合具體環(huán)境和使用條件加以考慮，使之得到充分保護。2.2

光纜的自動維護、適時監(jiān)測系統(tǒng)已逐漸完善，可保證大容量高速率的光纜不中斷傳輸光纜的維護對于保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性是十分重要。在已開通的光網(wǎng)絡(luò)中，光纜的維護和監(jiān)測應(yīng)該是在不中斷通信的前提下進行的，一般通過監(jiān)測空閑光纖（暗光纖）的方式來檢測在用光纖的狀態(tài)，更有效的方式是直接監(jiān)測正在通信的光纖。雖然ITU-T長時間收集和討論了國際上的最新資料，于1996年發(fā)布了L.25光纜網(wǎng)絡(luò)維護的建議書，對光纜的預(yù)防性維護和故障后維護規(guī)定了詳細的維護范圍和功能，但已經(jīng)不能滿足當前的需要，目前最新的建議是2001年12月IUT-TSG16會議通過的“光纜網(wǎng)絡(luò)的維護監(jiān)測系統(tǒng)”（L.40建議）。為了進一步縮短檢測及修復(fù)時間，美國朗訊公司曾提出了新一代光纖測試及監(jiān)控系統(tǒng)，能在1s內(nèi)發(fā)出故障告警，3min內(nèi)找到故障點，且工作人員可以遙控操作，據(jù)稱該系統(tǒng)還將開發(fā)有故障預(yù)測及對斷纖（纜）的快速反應(yīng)能力。日本、意大利等國電信企業(yè)也提出了一些系統(tǒng)方案?！と毡綨TT方案：在局內(nèi)運用光纖選擇器與系統(tǒng)的測試設(shè)備和傳輸設(shè)備相連形成了一種可對光纖狀況進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)，保證有用信號在通過光纖選擇器測試證明良好的光纖上傳輸，對有故障的光纖可以預(yù)選監(jiān)測出來及時傳送到維護中心進行適當處理，避免不良狀況進入有用的光傳輸信道，從而起到在運行中對整個光通信系統(tǒng)的支撐作用；在局外通過水敏傳感器裝置可監(jiān)測外部設(shè)備光纜線路接頭盒浸水的位置，水敏傳感器安裝在空閑的光纖上，水敏傳感器中裝有吸水性膨脹物，當水滲人接頭盒時，吸水性物質(zhì)會膨脹使得接頭盒中的光纖受力，也就是使得這一空閑光纖彎曲，從而使光纖的損耗增加，在監(jiān)測中心的OTDR上就會反映出來?！ひ獯罄姆桨福捍朔桨甘且环N綜合處理的新型連續(xù)光纜監(jiān)測系統(tǒng)。主要特點是將光纜網(wǎng)絡(luò)、光纖及光纜護套的監(jiān)測綜合在一起，既利用了OTDR系統(tǒng)周期性地對光纖的衰減進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)有衰減變化即發(fā)出警報，并進行故障定位，同時也能連續(xù)監(jiān)測光纜護套的完整性，包括護套對地絕緣電阻的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題（如護套進水等）即馬上告警，達到更全面地預(yù)告故障發(fā)生的目的。比較日本和意大利電信部門提出的光纜維護支撐系統(tǒng)的方案可見：日本方案在OTDR自動適時測試光纖的基礎(chǔ)上，加入了光纖選擇器，在外線上裝設(shè)水敏傳感器并進行護套監(jiān)測，形成了一套較完整的自動維護、支撐系統(tǒng)，真正做到不中斷光通信的維護。意大利的方案中除監(jiān)測光纖性能以外，還考慮了護套絕緣電阻的自動監(jiān)測。由此兩例可以看出全自動的光纜維護應(yīng)是一種發(fā)展方向。3

通信電纜的發(fā)展特點3.1

寬帶的HYA通信電纜需要更好地為數(shù)字通信新業(yè)務(wù)服務(wù)原有的電纜網(wǎng)絡(luò)雖然可以支持一些數(shù)字新業(yè)務(wù)，但是在實際使用中并不是特別理想，在通信距離、速率及質(zhì)量上仍有一定的限制。對于新的網(wǎng)絡(luò)當然是以光纖為主，對于光纖所不能達到的地方或因各種原因仍然要新建電纜網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，應(yīng)該考慮新型寬帶結(jié)構(gòu)的HYA電纜（銅芯聚乙烯絕緣綜合護套市內(nèi)通信電纜），以便更能符合新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。一些公司對現(xiàn)有的電纜高頻特性作了測試，他們得到的結(jié)論是所研究的電纜（即現(xiàn)有的HYA市話電纜）不能達到5類電纜的技術(shù)要求，戶外電纜要實現(xiàn)j類電纜的特性，必須通過特殊的設(shè)計和制造來達到。但在20MHz以下，所有電纜都顯示出充分適宜的傳輸性能。美國已在1997年制定了用于寬帶的對絞通信電纜標準（ANSI/ICEAS-98-688-1997及S-99-689-1997），包括非填充和填充兩種型式。傳輸頻寬已擴展到100MHz，可供數(shù)字網(wǎng)絡(luò)使用。IEC對此問題也進行過較長時間的討論，2001年，IEC62255-1文件“用于高比特頻率數(shù)字接入電信網(wǎng)絡(luò)的多對數(shù)電纜”提出了0.4～個0.8mm線徑、1～150對、最高頻率30MHz等指標的建議，此建議的提出也許會為這種電纜開辟一個新的空間，我國也開始了這方面的探討和研制，并正在建立相應(yīng)的標準。3.2

超5類及6類電纜將替代5類電纜成為布線系統(tǒng)發(fā)展的超蟄隨著智能化大樓、智能化建筑小區(qū)對寬帶布線的要求愈來愈高，超5類和6類電纜己逐漸成為布線系統(tǒng)中的主流。超5類電纜與5類電纜的頻帶都是100MHz，但其具有雙向通信的能力，用戶可以同時收發(fā)寬帶信息。因此超5類電纜比5類電纜在電阻不平衡性、絕緣電阻、對地電容不平衡性、傳輸速度等指標上都有提高，并且增加了近端串音衰減功率和等電平遠端串音功率等一些指標，因此在工藝和結(jié)構(gòu)上要做一定的改進才能達到。6類電纜在超5類的基礎(chǔ)上，又提高了傳輸頻帶，達到250MHz，其相應(yīng)的指標也有較大的提高。同時，6類電纜要求不但有嚴格的工藝，而且不少廠商在結(jié)構(gòu)上也有一定的改進和創(chuàng)新，如采用泡沫皮絕緣芯線或皮泡皮絕緣芯線、骨架式結(jié)構(gòu)隔離線對等都改善了電纜的高頻特性。3.3

物理發(fā)泡射頻同軸電纜及漏泄同軸電纜將具有較好的發(fā)展前景由于移動通信的高速發(fā)展，無線電基路用物理發(fā)泡射頻同軸電纜，特別是超柔形結(jié)構(gòu)的室內(nèi)電纜、路由連結(jié)電纜都有了較大的市場需求。同時，隨著移動通信信號覆蓋面的不斷擴大，基站站數(shù)的增多，以及邊緣地區(qū)（電梯、地鐵、地下建筑、高層建筑室內(nèi)等用戶）對移動信號的要求不斷提高，預(yù)計這類電纜將會有較好的發(fā)展前景。但對電纜指標的要求（如駐波比、屏蔽衰耗等要求）已明顯提高，要求電纜的工藝及結(jié)構(gòu)應(yīng)不斷改進，以與之適應(yīng)。4

光纖光纜及通信電纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中幾個值得思考的問題4.1

積極創(chuàng)新開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)雖然這幾年來，我國光纜電纜技術(shù)有很大發(fā)展，有一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)已在發(fā)揮作用，但是應(yīng)該看到這種比例仍是很小的，國內(nèi)有近200家光纖光纜廠，但大多產(chǎn)品單一，沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)含量較低，競爭力不強。有資料統(tǒng)計，1997～1999年國內(nèi)企業(yè)申請光通信專利的有132件，其中光纖38件，光纜只有19件，而同期外國公司在中國申請光通信專利達550件，其中光纖光纜37件。還有資料報道：從1997年以來，國內(nèi)光通信核心技術(shù)專利是90件，我國自主申請的只有9件，僅占10％。實際上我國的光纖光纜技術(shù)應(yīng)該說與國際水平己差距下大，因此我們作為世界第二的光纜大國，應(yīng)該把開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)作為我們工作的重中之重，爭取創(chuàng)造更多的光纖光纜專利。4.2

開發(fā)具有先進技術(shù)水平、與使用環(huán)境、施工技術(shù)相配套的新產(chǎn)品電信網(wǎng)絡(luò)在不斷發(fā)展的同時也對光纜電纜產(chǎn)品不斷提出新的要求。不難發(fā)現(xiàn)，光纜的結(jié)構(gòu)越來越依賴于使用的環(huán)境條件及施工的具體要求，在海底光纜、淺水光纜、ADSS及OPGW光纜的開發(fā)中，會對這一點有深刻的體會。而今后光纜建設(shè)的重點將會隨著接入網(wǎng)、用戶駐地網(wǎng)的建設(shè)不斷展開，新一代的光纜結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)也會基于如微型光纜、吹入或漂浮安裝及迷你型微管或小管系統(tǒng)的全套技術(shù)而有一系列新的變化，以便有限的敷設(shè)空間得到充分、靈活的利用。這當中也包含了若干光纜設(shè)計、制造工藝、光纖光纜材料、施工安裝方面的新的技術(shù)課題。一些國家或公司已取得了一些經(jīng)驗，正逐漸形成新的系統(tǒng)技術(shù)專利。我國的用戶眾多，接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)具有很多的特色，對接入光纜也會有更多的要求，為我們研究和創(chuàng)新接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)光纜結(jié)構(gòu)提供了很好的機會。應(yīng)該說，多數(shù)光纜技術(shù)我們是跟在國外最新技術(shù)的后面，雖然緊跟了先進技術(shù)，但自我創(chuàng)新的成份太少。今后應(yīng)當在這方面下些功夫，走自己的創(chuàng)新之路。在有中國特色的接入網(wǎng)及用戶駐地網(wǎng)中多采用一些有中國特色的光電纜產(chǎn)品。4.3

利用已有設(shè)備與技術(shù)，改善HYA市話電纜的相應(yīng)特性，為數(shù)字業(yè)務(wù)提供更好的服務(wù)對于已經(jīng)敷設(shè)的銅電纜，我們只能在現(xiàn)有條件下盡量利用其特性開通數(shù)字新業(yè)務(wù)。而現(xiàn)有的HYA電纜，雖然亦可開通ADSL等一些新業(yè)務(wù)，但是容量有限，當ADSL數(shù)量增大到一定限度后還是會出現(xiàn)干擾問題，而且還會影響以前開通的業(yè)務(wù)。因此，對新敷設(shè)的銅電纜，希望能提出一些新的寬帶指標要求，為將來開通更多更好的新業(yè)務(wù)作好準備?，F(xiàn)有的市話電纜生產(chǎn)廠商應(yīng)深入研究自身的生產(chǎn)工藝，在不改變（或不大改變）生產(chǎn)設(shè)備的情況下，認真設(shè)計和精心制造，把現(xiàn)有電纜的技術(shù)水平提高一個檔次，以提供更寬頻帶的電纜，為更多更好地開拓數(shù)字新業(yè)務(wù)提供高質(zhì)量的通道。4.4

改進光纜電纜的施工和維護方法目前，為了適應(yīng)城市施工的特點，國際上較重視不挖溝的方式施工光、電纜，采用小地溝或微地溝技術(shù)安裝光纜，同時對光纜網(wǎng)進行自動監(jiān)測，保證光纜網(wǎng)絡(luò)不中斷通信維護。與此相適應(yīng)的是需要開發(fā)相應(yīng)的元器件、工具和設(shè)備，并且要在體制上作一些改進與之相適應(yīng)。ITU對NH開發(fā)光纜用浸水傳感器、光纖自動測試時的光纖選擇器以及美國提出的1s告警、3min內(nèi)定位的指標及意大利提出的光纖纖芯與光纜護套指標綜合監(jiān)測等方案都十分重視。在現(xiàn)代化的光網(wǎng)絡(luò)中，這些方式已經(jīng)起到明顯的作用。由此可見，為了保證光纜網(wǎng)絡(luò)工作的可靠性，在施工和維護中降低成本、節(jié)省勞力、節(jié)省時間，逐步推廣新的施工方法，逐步完善光纜網(wǎng)絡(luò)的自動監(jiān)測維護系統(tǒng)和提高光纜網(wǎng)絡(luò)的不中斷維護水平已勢在必行。4.5

冷靜地審視當前電信市場的發(fā)展，促進光纖光纜和通信電纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展2001年下半年以來，光纖光纜需求下降，這當然與世界電信行業(yè)的整體下滑以及寬帶網(wǎng)絡(luò)泡沫的破滅有很大關(guān)系，但更多的則是受到從1999年下半年起由于光纖緊缺而各大公司擴產(chǎn)過多的影響。據(jù)資料介紹，在2000年，全球光纖廠商的投資額達到26億美元，為1999年的6倍，按推算到2002年全球光纖的產(chǎn)能將達到1.65～1.75億光纖公里，遠遠超過了實際需求。加上當前電信基礎(chǔ)建設(shè)的不景氣，光纖過剩的現(xiàn)象不可避免。光纖光纜及通信電纜的市場走勢雖然受到國際經(jīng)濟大形勢發(fā)展的影響，特別是與整個電信行業(yè)的發(fā)展有密切的關(guān)系，但應(yīng)看到，在擠出了網(wǎng)絡(luò)泡沫的水份之后，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)從骨干網(wǎng)的擴建到接入網(wǎng)、城域網(wǎng)的擴散以及向用戶駐地網(wǎng)的不斷延伸，光纖光纜及寬帶數(shù)字電纜的市場必將增長。據(jù)KMI預(yù)計，2003年世界光纖市場將開始有較大的增長，而到2004年的市場規(guī)模將超過敷設(shè)量最高的2000年。應(yīng)該看到，信息通信業(yè)是一個充滿生機與活力的朝陽產(chǎn)業(yè)，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟有著強大的生命力，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，仍然是推動社會進步的重要動力，信息網(wǎng)絡(luò)化仍然是當今世界經(jīng)濟、社會發(fā)展的強大趨勢。因此我們應(yīng)樹立信心，在全球經(jīng)濟好轉(zhuǎn)、通信市場復(fù)蘇及我國西部開發(fā)等有利條件下抓住機遇，促進光纖光纜和通信電纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)取得更大的進展。4.6

抓住西部大開發(fā)的大好機遇，發(fā)展光纜電纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)西部大開發(fā)是國家的重大策略，國家制定了有利的政策，政府對發(fā)展通信等行業(yè)也給予了大力的支持。西部是一個地域復(fù)雜、分布較寬、通信相對落后的地區(qū)。經(jīng)濟大發(fā)展中，通信要先行，需要一些與之相適應(yīng)的光纖光纜及通信電纜的先進產(chǎn)品來配合發(fā)展的需求。因此，符合條件的產(chǎn)品將會在這里找到很好的市場。西電東送、西氣東輸?shù)染薮蠊こ桃残枰罅康母哔|(zhì)量的ADSS、OPGW等型式的光纜及各種電纜相配套。因此光纖光纜和通信電纜的各種技術(shù)、產(chǎn)品及成果都會在西部開發(fā)中得到發(fā)揮。同時西部現(xiàn)代化的建設(shè)對我們的產(chǎn)品提出了許多新的難題，光纖光纜和電纜行業(yè)在開發(fā)大西部的同時也會得到更好的改造和創(chuàng)新的機會，促進自身技術(shù)水平的提升和發(fā)展。

篇三：光纖通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望一、前言光纖通信技術(shù)自出現(xiàn)以來帶來了科技和社會領(lǐng)域的重大變革。作為激光技術(shù)的重要應(yīng)用，以光纖通信技術(shù)為主要代表的激光信息技術(shù)搭建了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的框架，成為信息傳遞的重要組成部分。光纖通信技術(shù)是當前互聯(lián)網(wǎng)世界的重要承載力量，同時也是信息時代的核心技術(shù)之一。眾所周知，光纖通信技術(shù)的基本要素是光源、光纖和光電探測器（PD）。其中，應(yīng)用最為廣泛的光源是激光器；光纖的能量傳輸效率極佳，傳輸損耗是波導(dǎo)電磁傳輸系統(tǒng)中最小的；PD是光纖通信接收端的關(guān)鍵組成部分。當前各類信息技術(shù)都需依靠通信網(wǎng)絡(luò)來傳遞信息，光纖通信技術(shù)可以連接至各類通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成信息傳輸過程中的大動脈，并在信息傳輸中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（見圖1）主要包括：核心網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)、局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等。不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接都可由光纖通信技術(shù)完成，如在移動蜂窩網(wǎng)中，基站連接到城域網(wǎng)、核心網(wǎng)的部分也都是由光纖通信構(gòu)成的。而在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，光互連是當前最廣泛應(yīng)用的一種方式，即采用光纖通信的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)與數(shù)據(jù)中心間的信息傳遞。由此可見，光纖通信技術(shù)在現(xiàn)在的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不僅發(fā)揮著主干道的作用，還充當了諸多關(guān)鍵的支線道路的作用?？梢哉f，由光纖通信技術(shù)構(gòu)筑的光纖傳送網(wǎng)是其他業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)。圖1現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)隨著各種新興技術(shù)如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能（AI）、第五代移動通信（5G）等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對信息交流與傳遞提出了更高的需求。據(jù)思科公司（Cisco）2019年發(fā)布的研究數(shù)據(jù)顯示（見圖2），全球年度IP流量將由2017年的1.5ZB（1ZB=1021

B）增長為2022年的4.8ZB，復(fù)合年增長率為26%。面對高流量的增長趨勢，光纖通信作為通信網(wǎng)中最骨干的部分，承受著巨大的升級壓力，高速、大容量的光纖通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)將是光纖通信技術(shù)的主流發(fā)展方向。圖22017—2022年全球年度網(wǎng)絡(luò)IP流量走勢二、光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀（一）光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷程隨著1958年亞瑟·肖洛與查爾斯·湯斯揭示激光器工作原理之后，1960年第一臺紅寶石激光器研制成功。接著，1970年第一個能在室溫下連續(xù)工作的AlGaAs半導(dǎo)體激光器研制成功，并在1977年實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器在實用環(huán)境中可連續(xù)工作幾萬小時以上。至此，激光器已具備應(yīng)用于商用光纖通信的前提。在激光器發(fā)明之初，發(fā)明者已意識到其在通信領(lǐng)域的重要潛在應(yīng)用。然而，激光通信技術(shù)存在兩個明顯的短板問題：一是因激光波束發(fā)散會損失大量能量；二是受應(yīng)用環(huán)境的影響較大，如在大氣環(huán)境下應(yīng)用時會顯著受制于天氣情況的變化。因此，對激光通信而言，一個合適的光波導(dǎo)至關(guān)重要。諾貝爾物理學(xué)獎獲得者高錕博士提出的用于通信的光纖滿足了激光通信技術(shù)對波導(dǎo)的需求。他提出，玻璃光纖的瑞利散射損耗可以非常低（低于20dB/km），而光纖中的功率損耗主要來源于玻璃材料中的雜質(zhì)對光的吸收，因此材料提純是減小光纖損耗的關(guān)鍵，此外還指出單模傳輸對保持好的通信性能很重要。1970年，康寧玻璃公司根據(jù)高錕博士的提純建議研制出了損耗約為20dB/km的石英系多模光纖，使光纖作為通信的傳輸媒介成為現(xiàn)實。之后經(jīng)過不斷研發(fā)，石英系光纖的損耗在1974年達到了1dB/km，在1979年進一步達到了0.2dB/km，逼近了石英系光纖的理論損耗極限。至此，光纖通信的條件已完全滿足。早期的光纖通信系統(tǒng)均采用直接檢測的接收方式（見圖3）。這是一種較簡單的光纖通信方式，PD是一種平方律的檢波器，只有光信號的強度可以被探測到。換言之，這種通信方式只可以在光強度上加載信息來進行傳輸。此方式的接收靈敏度取決于數(shù)據(jù)傳輸速率，而傳輸距離是由數(shù)據(jù)傳輸速率與接收機跨導(dǎo)放大器（TIA）的熱噪聲共同決定的。這種直接檢測的接收方式從20世紀70年代的第一代光纖通信技術(shù)一直延續(xù)到了20世紀90年代初期，而對應(yīng)具體的技術(shù)指標也由工作在0.8μm的GaAs半導(dǎo)體激光器發(fā)射45Mbit/s信號無中繼傳輸10km，提升至工作在1.5μm的半導(dǎo)體激光器發(fā)射2.5Gbit/s信號無中繼傳輸100km。圖3直接檢測光纖通信系統(tǒng)示意圖進入20世紀90年代以來，光纖通信技術(shù)中的相干檢測技術(shù)逐漸成為研究熱點。初期的相干檢測的示意圖如圖4所示，這也是第一代的相干檢測系統(tǒng)。通過使用相干檢測，可實現(xiàn)最優(yōu)探測靈敏度（受限于散彈噪聲極限），另外，這也可以通過使用一個大功率的本振來實現(xiàn)。在直接檢測探測系統(tǒng)中，只可以探測到信號光的功率PS，而相干檢測探測系統(tǒng)中可以探測到的信號大小為，其中PLO是本振光的功率，只要本振光功率足夠大就可以達到探測靈敏度的極限。總之，通過引入相干檢測技術(shù)，接收機的靈敏度得到了極大提升。在早期的相干檢測中主要采用外差（Heterodyne）探測和零差（Homodyne）探測，其中外差檢測指信號載波與本地載波的頻率差值為中頻，而零差探測指信號載波與本地載波頻率完全相同、相位差固定。為了保證鎖頻以及恢復(fù)接收信號的載波相位，早期的相干檢測技術(shù)需要復(fù)雜的光學(xué)鎖相環(huán)。此外還需要通過偏振控制器（PC）來使得信號光與本振光的偏振態(tài)保持一致，以便達到最大效率的接收。圖4相干檢測示意圖光放大器也是光纖通信技術(shù)史上重要的成果之一。采用光放大器的光纖鏈路，也可以達到散彈噪聲極限的探測靈敏度，同時可以去除所有的電中繼，使得光纖通信技術(shù)可以實現(xiàn)長距離傳輸。光放大的概念在最早的激光器專利中就有所建議，最終在1987年，該項技術(shù)被南安普頓大學(xué)和貝爾實驗室首次實現(xiàn)。（二）光纖通信技術(shù)的研究現(xiàn)狀自20世紀90年代以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，用戶對互聯(lián)網(wǎng)流量的需求日益增長，并隨之帶來了對光纖通信容量的迫切增長需求。起初，當2.5Gbit/s的光纖通信技術(shù)問世后，人們普遍認為其可以支撐好幾代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，但光纖通信容量的增長需求很快打破了這一現(xiàn)狀。如何提升光纖通信的容量成為亟需解決的問題。“信息論之父”香農(nóng)給出了信道容量的極限，任何通信系統(tǒng)傳輸信息的容量都不會超過這個極限，它與系統(tǒng)的帶寬與信道中的信噪比相關(guān)。當系統(tǒng)帶寬越大、信噪比越高，系統(tǒng)的容量極限就會越高。根據(jù)香農(nóng)的理論，單根光纖纖芯中的容量極限可以表示為：式（1）中，2為兩個正交偏振態(tài)復(fù)用；B為帶寬，光纖的帶寬取決于光放大器能夠提供的帶寬，而C+L波段一共約95nm；S為入纖功率，受限于光纖的非線性；N為噪聲功率，決定于放大器的噪聲系數(shù)、光纖損耗、跨段長度和跨段數(shù)。典型的C波段摻鉺光纖放大器（EDFA）的帶寬為35nm，即約4375GHz。面對如此巨大的帶寬資源，如何充分利用它來實現(xiàn)大容量的光纖傳輸是關(guān)鍵。由此我們想到了波分復(fù)用（WDM）。波分復(fù)用是使不同波長的載波同時承載信號，共同在一根光纖中傳輸，由于各載波的波長不同，故可輕易分別解調(diào)出來。此外，光纖布拉格光柵（FBG）的發(fā)明也方便了波分復(fù)用，它可以用于密集波分復(fù)用（DWDM）的濾波器、增加/減少多路復(fù)用器、EDFA增益均衡器。圖5為WDM光纖通信系統(tǒng)示意圖。圖5

WDM光纖通信系統(tǒng)示意圖從另一個角度看香農(nóng)公式，可以表示為：式（2）中，C/B表示頻譜效率，單位為bit/s/Hz，而S/N表示信號的電信噪比。例如，當電信噪比為10dB時，系統(tǒng)所能達到的極限頻譜效率為6.9bit/s/Hz。由于系統(tǒng)的帶寬受限于EDFA，光纖通信目前只能獲得有限的帶寬，故可以通過提高頻譜效率的方式來增加信道容量。增加帶寬B內(nèi)的利用率可從兩個方向來展開。一是采用DWDM、高階調(diào)制格式、奈奎斯特（Nyquist）整形、超級信道（superchannel）、超奈奎斯特傳輸（FTN）、前向糾錯（FEC）、概率整形等技術(shù)來逼近香農(nóng)極限，但頻譜效率的增加將對電信噪比的要求有所提升，從而減少了傳輸?shù)木嚯x。二是充分利用相位、偏振態(tài)的信息承載能力來進行傳輸，這也就是第二代相干光通信系統(tǒng)，接收機如圖6所示。偏振復(fù)用（PDM）已普遍采用，用兩個正交的偏振態(tài)來分別承載信息以使信道容量翻倍。第二代相干光通信系統(tǒng)采用光混頻器進行內(nèi)差（Intra-dyne）檢測，并采用偏振分集接收，即在接收端將信號光與本振光分解為偏振態(tài)互為正交的兩束光，在這兩個偏振方向上分別拍頻，這樣可以實現(xiàn)偏振不敏感接收。另外，需要指出的是，此時接收端的頻率跟蹤、載波相位恢復(fù)、均衡、同步、偏振跟蹤和解復(fù)用均可以通過數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)來完成，這極大簡化了接收機的硬件設(shè)計，并提升了信號恢復(fù)能力。圖6第二代相干檢測示意圖目前，上述技術(shù)產(chǎn)品在商業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀為中國電信集團有限公司和華為技術(shù)有限公司已實現(xiàn)了50G波道間隔、單路200Gbit/s的偏振復(fù)用16QAM信號，通過概率星座圖整形和奈奎斯特整形實現(xiàn)了1142km傳輸（實驗室可實現(xiàn)1920km傳輸），單纖總?cè)萘繛?6Tbit/s。而最新的研究成果有：貝爾實驗室等利用半導(dǎo)體光放大器（SOA）和拉曼放大實現(xiàn)了107Tbit/s、103nm（1515~1618nm）波段范圍的300km傳輸；華為技術(shù)有限公司利用C+L波段的EDFA實現(xiàn)了124Tb/s信號在600km的傳輸。三、光纖通信技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與思考（一）超大容量光纖通信系統(tǒng)通過各種技術(shù)的運用，目前學(xué)界和業(yè)界已基本達到光纖通信系統(tǒng)頻譜效率的極限，如要繼續(xù)增大傳輸容量，只能通過增加系統(tǒng)帶寬B（線性增加容量）或增加信噪比（SNR）（增加功率，對數(shù)增加容量）來實現(xiàn)，具體探討如下。1.增加發(fā)射功率的解決方案由于適當增加光纖截面的有效面積可以降低高功率傳輸帶來的非線性效應(yīng)，因此采用少模光纖代替單模光纖進行傳輸是一種增加功率的解決方案。此外，當前最通用的解決非線性效應(yīng)的方案是采用數(shù)字背向傳輸（DBP）算法，但算法性能的提升會導(dǎo)致運算復(fù)雜度的增加。原始的DBP算法僅能應(yīng)對一個通帶內(nèi)的非線性效應(yīng)，帶間的交叉相位調(diào)制（XPM）等非線性效應(yīng)無法得到補償；而多通帶DBP算法可以用來補償通帶間的非線性效應(yīng)，如XPM和四波混頻（FWM），但復(fù)雜度會顯著增高。近期，機器學(xué)習(xí)技術(shù)在非線性補償方面的研究顯現(xiàn)出了很好的應(yīng)用前景，極大地降低了算法的復(fù)雜度，因此今后可通過機器學(xué)習(xí)來輔助DBP系統(tǒng)的設(shè)計。2.增加光放大器的帶寬增加帶寬可以突破EDFA的頻帶范圍的限制，除了C波段與L波段以外，可將S波段也納入應(yīng)用范圍，采用SOA或拉曼放大器進行放大。而現(xiàn)有光纖在S波段之外的頻段損耗都較大，如O波段1310nm附近光纖的損耗就達到了0.3dB/km，需設(shè)計新型光纖來降低傳輸損耗。但對其余波段而言，有商業(yè)利用價值的光放大技術(shù)也是一個挑戰(zhàn)。這些光放大技術(shù)與EDFA相比，存在增益較小、噪聲系數(shù)較大的問題，如摻鐠的O波段光纖放大器（1280~1320nm）的增益為10~25dB、噪聲系數(shù)為7dB；摻銩的S波段光纖放大器（1477~1507nm）的增益為22dB、噪聲系數(shù)為6dB；而SOA具有類似的噪聲系數(shù)，且存在對WDM系統(tǒng)的交叉增益調(diào)制問題。3.低傳輸損耗光纖的研究研究低傳輸損耗光纖是該領(lǐng)域最關(guān)鍵的問題之一。空芯光纖（HCF）具有更低傳輸損耗的可能，將減少光纖傳輸?shù)臅r延，可在極大程度上消除光纖的非線性問題。一項最新研究結(jié)果顯示，HCF的一種嵌套反諧振無節(jié)點光纖（NANF）可實現(xiàn)在1510~1600nm波段0.28dB/km的傳輸損耗，且理論預(yù)測表明該結(jié)構(gòu)具有繼續(xù)降低損耗至0.1dB/km的可能，這將低于石英光纖的材料損耗極限（瑞利散射極限0.145dB/km）。另外，NANF還具有更寬闊的低損耗窗口的可能，目前已知報道的帶寬已達到700nm。4.空分復(fù)用相關(guān)技術(shù)的研究空分復(fù)用技術(shù)是實現(xiàn)單纖容量增大的有效方案，具體有：采用多芯光纖進行傳輸，成倍增加單纖的容量，在這方面最核心的問題是有無更高效率的光放大器，否則只能等價為多根單芯光纖；采用包括線偏振模式（LPmode）、基于相位奇點的軌道角動量（OAM）光束和基于偏振奇點的柱矢量光束（CVB）等的模分復(fù)用技術(shù)，這類技術(shù)可為光束復(fù)用提供新的自由度，提高光通信系統(tǒng)的容量，在光纖通信技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景，但相關(guān)光放大器的研究同樣是挑戰(zhàn)。另外，如何平衡差分模群時延（DMGD）以及多輸入多輸出（MIMO）數(shù)字均衡技術(shù)等帶來的系統(tǒng)復(fù)雜度也值得關(guān)注。未來，希望空分復(fù)用相關(guān)的技術(shù)研發(fā)可以形成與WDM系統(tǒng)類似的演進路線以推動光纖通信技術(shù)的發(fā)展。（二）各類其他場景下的光纖通信系統(tǒng)超大容量光纖通信系統(tǒng)是主要應(yīng)用于骨干網(wǎng)絡(luò)場景下的光纖通信系統(tǒng)，并不考慮成本問題。而當前光纖通信技術(shù)已應(yīng)用于多種不同場景，大多存在對成本敏感的現(xiàn)實困境。為此，本文將列舉出當前若干個成本敏感的場景與系統(tǒng)，并簡要分析它們的發(fā)展前景。1.不同調(diào)制檢測組合場景下的光纖通信系統(tǒng)光纖通信技術(shù)因調(diào)制和檢測方式的不同，其應(yīng)用成本也會有很大差異。當前，在一些成本非常敏感的場景中仍使用最早的光通信方式，即強度調(diào)制–直接檢測（IMDD）；但在對通信性能要求嚴苛的環(huán)境中，采用的是最復(fù)雜的傳統(tǒng)相干通信方式。未來在這兩種通信方式之間可以有很多過渡方案，亟需在性能與成本上進行平衡，找到適合具體場景使用的方案，具體有：采用正交（IQ）調(diào)制、直接檢測的系統(tǒng)，如常見的單邊帶（SSB）調(diào)制、直接檢測的系統(tǒng)；采用強度調(diào)制、相干檢測的通信方式，利用直接調(diào)制激光器（DML）的啁啾對信號相位產(chǎn)生一定的調(diào)制，最終再由相干接收機檢測出對應(yīng)的信息。幾類特殊的光纖通信系統(tǒng)，如基于斯托克斯矢量直接檢測（SVDD）接收機的系統(tǒng)，基于克萊默–克朗尼格（KK）關(guān)系接收機的系統(tǒng)，以及最近新提出的載波輔助差分檢測（CADD）接收機的系統(tǒng)。SVDD系統(tǒng)是通過斯托克斯矢量的方式接收信號，接收機比傳統(tǒng)相干系統(tǒng)簡單，但最終接收信號只能接收到一個偏振態(tài)的信息，無法實現(xiàn)完全的偏振復(fù)用，亟需研發(fā)出基于SVDD接收機的硅光集成芯片，以進行推廣應(yīng)用。而KK系統(tǒng)是根據(jù)特殊信號（一般是單邊帶信號）所具有的KK關(guān)系，通過接收的信號幅度推算出相位，在直接檢測的系統(tǒng)中實現(xiàn)相干檢測的效果，但該系統(tǒng)的頻譜效率僅有傳統(tǒng)相干檢測系統(tǒng)的一半。而CADD系統(tǒng)采用特殊的接收機實現(xiàn)了與相干檢測相比接近100%的頻譜利用率，但此系統(tǒng)目前只有單偏振態(tài)的結(jié)果，暫時無法得到偏振復(fù)用的結(jié)果。希望未來可以研究出類似于傳統(tǒng)相干方式的偏振復(fù)用、100%頻譜利用率的簡化相干通信方式。值得注意的是，以上這些系統(tǒng)雖各有利弊，但隨著器件與集成技術(shù)不斷地發(fā)展，在不同的應(yīng)用場景下，如何結(jié)合成本作出公平公正的對比是一個關(guān)鍵問題。2.不同傳輸距離場景下的光纖通信系統(tǒng)如果以傳輸距離與應(yīng)用場景來劃分，可以將光纖通信技術(shù)劃分為不同的種類，其中典型的短距離光傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心光互連與接入網(wǎng)系統(tǒng)的光傳輸鏈路。目前多數(shù)短距離光傳輸采用IMDD的通信方式，隨著傳輸距離的增加，通信方式逐漸向相干通信靠攏。數(shù)據(jù)中心內(nèi)的光互連主要采用基于垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）和多模光纖鏈路為主的IMDD系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心間的光互連部分采用IMDD的通信方式，部分將有望采用直接檢測與相干檢測過渡方案或簡化相干檢測方案。而中長距傳輸系統(tǒng)包括應(yīng)用于城域網(wǎng)的鏈路，目前都在逐步向相干系統(tǒng)演進。長距離傳輸系統(tǒng)包括：核心網(wǎng)傳輸鏈路和跨洋傳輸，這些屬于對傳輸性能要求較高且成本不敏感的系統(tǒng)。四、光纖通信技術(shù)發(fā)展展望光纖通信技術(shù)從最初的低速傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的高速傳輸，已成為支撐信息社會的骨干技術(shù)之一，并形成了一個龐大的學(xué)科與社會領(lǐng)域。今后隨著社會對信息傳遞需求的不斷增加，光纖通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將向超大容量、智能化、集成化的方向演進，在提升傳輸性能的同時不斷降低成本，為服務(wù)民生、助力國家構(gòu)建信息社會發(fā)揮重要作用。（一）智能化光網(wǎng)絡(luò)與無線通信系統(tǒng)相比，智能化光網(wǎng)絡(luò)的光通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)維護及故障診斷方面仍處于初級階段，智能化程度不足。由于單根光纖容量巨大（可能大于100Tbit/s），任一光纖故障的發(fā)生將給經(jīng)濟、社會帶來很大影響，因此網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的監(jiān)測對未來智能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展至關(guān)重要。今后這方面需關(guān)注的研究方向有：基于簡化相干技術(shù)與機器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、基于相干信號分析和相位敏感光時域反射（OTDR）的物理量監(jiān)測技術(shù)。（二）集成技術(shù)與系統(tǒng)器件集成的核心目的是降低成本。在光纖通信技術(shù)中，通過不斷的信號再生可以實現(xiàn)信號的短距離高速傳輸。但是由于相位和偏振態(tài)恢復(fù)的問題，目前相干系統(tǒng)的集成還較困難。另外，如果大規(guī)模集成的光–電–光（OEO）系統(tǒng)可以實現(xiàn)，也會顯著提升系統(tǒng)容量。但是限于技術(shù)效率低、復(fù)雜度高、難以集成等因素，光通信領(lǐng)域不太可能廣泛推廣如全光2R（再放大、再整形）、3R（再放大、再定時、再整形）等全光信號處理技術(shù)。因此，在集成技術(shù)與系統(tǒng)方面，今后研究的方向有：對空分復(fù)用系統(tǒng)的現(xiàn)有研究雖已較豐富，但學(xué)界、業(yè)界對空分復(fù)用系統(tǒng)關(guān)鍵器件尚未實現(xiàn)技術(shù)突破，需進一步加強研究，如集成激光器與調(diào)制器、二維的集成接收機、高能效的集成光放大器等；新型光纖可能會顯著拓展系統(tǒng)帶寬，但仍需深入研究以確保其綜合性能與制造工藝能達到現(xiàn)有單模光纖的水平；研究通信鏈路中可與新型光纖搭配使用的各類器件。（三）光通信器件在光通信器件中，硅光器件的研發(fā)已初見成效。但目前國內(nèi)相關(guān)研究多以無源器件為主，對有源器件的研究較為薄弱。在光通信器件方面，今后的研究方向有：有源器件與硅光器件的集成研究；非硅光器件集成技術(shù)的研究，如III-V族材料襯底集成技術(shù)的研究；新型器件研發(fā)的進一步跟進，如兼具高速與低功耗優(yōu)點的集成鈮酸鋰光波導(dǎo)。篇四：光纖通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及意義什么是光纖-光纖的定義-光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。傳輸原理是“光的全反射”，即通過在纖芯中傳導(dǎo)光信號（亮或暗）來傳輸數(shù)字信息。-光纖的構(gòu)成-光纖的典型結(jié)構(gòu)是一種細長的雙層或多層同軸圓柱形實體復(fù)合纖維，軸對稱結(jié)構(gòu)。自內(nèi)向外分為：纖芯、包層、涂覆層，最外層是護套。核心部分為纖芯和包層，纖芯位于光纖中心，作用是傳輸光波。包層位于纖芯外層，作用是將光波限制在纖芯中，同時還起到一定的機械保護作用。纖芯與包層共同構(gòu)成介質(zhì)光波導(dǎo)，實現(xiàn)光信號的傳輸。涂覆層是一層高分子涂層，主要是對裸光纖提供保護，防止其損壞。石英光纖原材料主要是玻璃，塑料光纖原材料主要是聚苯乙烯塑料，所以光纖成本低。-光纖的種類-根據(jù)傳輸模式分為單模光纖（SMF）和多模光纖（MMF）兩種類型。（1）單模光纖：只傳一種模式的光，其模間色散很小，適合遠距離的光纖傳輸。（2）多模光纖：可傳多種模式的光，其模間色散較大，傳輸?shù)木嚯x較短。其他分類方式：按纖芯直徑、工作波長、材質(zhì)、傳輸模式、折射率等。什么是光纖通信技術(shù)-光纖通信技術(shù)的定義-光纖通信是以光波為載波，以光纖為傳輸媒質(zhì)，將信息從一點發(fā)送到另一點的通信方式。-光纖通信技術(shù)的優(yōu)點-相比較傳統(tǒng)通信方式，光纖通信優(yōu)點很多：(1)帶寬高根據(jù)奈奎斯定律，光纖極限傳輸?shù)膸捠?70Tbps（1Tbps=1024Gbps），在實際應(yīng)用中，傳輸帶寬已超800Gbps，遠超傳統(tǒng)通信介質(zhì)如同軸電纜的帶寬。（2)損耗低，中繼距離長光信號經(jīng)光纖傳輸時由于吸收、散射等原因引起光功率的減小稱為損耗。石英光纖傳輸損耗大約0.2～0.5dB/公里,相比較而言，傳統(tǒng)通信介質(zhì)如同軸電纜的傳輸損耗高達19dB/公里。（3)抗電磁干擾光纖系統(tǒng)的原材料主要是石英纖維，非金屬材質(zhì)，本身具有較強的抗電磁干擾性，雷電、電離層的變化以及太陽黑子和耀斑不會對光纖通信形成干擾。（4)重量輕光纖與銅線或其他的通信材料相比，密度很低，重量非常輕。此外，光纖非常細，帶涂敷層的光纖外徑約為250微米，而同軸電纜的直徑達10mm。（5)信息傳輸安全光纖通信是采用光作為信號來發(fā)送信息，其本身沒有電磁輻射，也沒有電平信號，因此光信號很難被外界捕捉和竊聽，光通信相對而言是比較安全的通信方式。光纖的發(fā)展階段1966年，隨著華裔物理學(xué)家高錕的《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》論文的發(fā)表，正式打開了人類光纖通信新紀元。目前而言，光纖通信主要經(jīng)歷了以下發(fā)展階段：第一階段：1966-1976年，從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。在這一階段，實現(xiàn)了短波長0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離約10km。第二階段：1976-1986年，以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標并大力推廣應(yīng)用的發(fā)展時期。此間，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85μm發(fā)展到長1.31μm和1.55μm，并實現(xiàn)了工作波長為1.31μm、傳輸速率為140565Mb/s的單模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離達到了10050km。第三階段：1986-1996年，以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。在這個時期，實現(xiàn)了1.55μm色散移位單模光纖通信系統(tǒng)。采用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可達2.510Gb/s，無中繼傳輸距離可達150100km。第四階段：1996年-2009年是同步數(shù)字體系光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)時代，光纖通信系統(tǒng)引進光放大器，從而減少中繼器的需求，利用波分復(fù)用技術(shù)增加了光纖傳輸速率（可達10Tb/s），傳輸距離可高達到160km。第五階段：2010年至今，年光纖通信系統(tǒng)引進光孤子技術(shù)，利用光纖非線性效應(yīng)使脈波在保持原本的波形下抵抗色散，同時在此階段光纖通信系統(tǒng)成功的擴展了波分復(fù)用器的使用波長，將原先的1530nm~1570nm延伸至1300nm~1650nm。另外，在此階段（2016年）OM5光纖的正式上線。部分廠家的單纖容量可以達到96Tbps，可從容應(yīng)對云時代數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長。光纖通信技術(shù)的應(yīng)用及意義光纖通信技術(shù)誕生以來，得到了飛速的發(fā)展，在廣播電視、電力通信、干線傳輸、企業(yè)/園區(qū)和家庭網(wǎng)等各領(lǐng)域得到了大規(guī)模的部署應(yīng)用，為科技和社會領(lǐng)域帶來了重大變革。如今，隨著云計算、元宇宙AR/VR高清沉浸體驗業(yè)務(wù)、人工智能、智慧工廠和數(shù)字孿生、智慧醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、F5G/5G等新業(yè)務(wù)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，光纖通信已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字新基建的重要承載力量，具有了更為重要的時代意義。根據(jù)CiscoVNI報告，2022年全球網(wǎng)絡(luò)的IP流量將達到4.8ZB（1Z=10億G），將超過之前的所有年份互聯(lián)網(wǎng)流量總和。至2022年底，預(yù)計全球60％的人口將成為互聯(lián)網(wǎng)用戶，并將有285億固定和移動個人設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，時刻產(chǎn)生著巨大的IP流量，尤其園區(qū)、企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、工廠、家庭等場景的設(shè)備和連接，是互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)生和使用的主要場景，因此，園區(qū)網(wǎng)絡(luò)全光纖化已經(jīng)成為不可阻擋的發(fā)展趨勢。當前，光纖通信正在進入新時代，向著高可靠、智能化的全光網(wǎng)發(fā)展，光聯(lián)萬物將很快到來，光纖通信將革命性地、全面地助推全社會數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展。篇五：AMicrofiberHalfCouplerforRefractiveIndexSensing用于折射率傳感的微米光纖半耦合器圖左(a)2x2光纖定向耦合器結(jié)構(gòu)圖；左(b)光纖半耦合器結(jié)構(gòu)圖；左(c)光纖耦合器均勻區(qū)橫截面；左(d)光纖半耦合器浸入不同折射率溶液中的仿真光譜；圖右測試半耦合器探針折射率測量能力的實驗裝置圖。Q.Zhang,J.Lei,B.Cheng,Y.Song,L.HuaandH.Xiao,AMicrofiberHalfCouplerforRefractiveIndexSensing,IEEEPhotonicsTechnologyLetters,29(18),1525(2017).本文研究了微米光纖半耦合器并用于折射率傳感。該傳感器探針是通過將熔融型光纖定向耦合器從均勻區(qū)中心切開制備而成的。當該結(jié)構(gòu)耦合器被用于折射率傳感時，反射光譜會隨著折射率增大而發(fā)生藍移，其靈敏度在折射率范圍1.39-1.40中實測達到6142.0nm/RIU，這一靈敏度和其他類型光纖傳感器性能相當。該傳感器的折射率靈敏度會隨著均勻區(qū)直徑減小或周圍介質(zhì)折射率增大而增大。該基于半耦合器的折射率探針具有反射模式傳感和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，可用于原地化學(xué)和生物傳感領(lǐng)域。TaperedOpticalFiberCouplersFabricatedbyDroplet-BasedChemicalEtching基于液滴化學(xué)刻蝕方法制備錐形光纖耦合器圖(a)基于濕法刻蝕制備2x2螺旋形光纖定向耦合器的結(jié)構(gòu)圖；(b)基于濕法刻蝕制備2x2螺旋形光纖定向耦合器的顯微圖，光纖浸入氫氟酸液滴的長度約為9mm；(c)刻蝕光纖均勻區(qū)半徑與刻蝕時間的函數(shù)關(guān)系圖，液滴大小為200μL，黑色三角為氫氟酸，藍色圓圈為緩沖氧化物刻蝕液；(d)單根光纖在液滴化學(xué)刻蝕過程中的傳輸光譜變化圖，圖中0.14dB的最終損耗代表制備錐形光纖所引起的總插入損耗，插圖為該方法制備的錐形光纖的錐區(qū)和均勻區(qū)顯微圖；(e)仿真的傳輸損耗與被刻蝕光纖半徑的函數(shù)關(guān)系，插圖為有限元法仿真的光纖直徑為1.69μm的截面標準化吸收圖，仿真的傳輸損耗為11.31dB/cm。G.Son,Y.JungandK.Yu,TaperedOpticalFiberCouplersFabricatedbyDroplet-BasedChemicalEtching,IEEEPhotonicsJournal,9(5),1(2017).本文提出一種基于兩步濕法刻蝕低損耗錐形光纖制備2x2螺旋形定向耦合器，該刻蝕方法使用基于氫氟酸的液滴和表面張力控制流動，從而獲得光滑的表面和符合絕熱條件的錐區(qū)，并且可以通過更換刻蝕液控制刻蝕速度，氫氟酸用于快速刻蝕光纖的包層部分，緩沖氧化物刻蝕液用于低速刻蝕，精確控制微納光纖均勻區(qū)直徑。該基于液滴的濕法刻蝕法提供了簡單經(jīng)濟的制備錐形光纖和多端口定向耦合器的方法。本文還通過在化學(xué)刻蝕過程中測量傳輸光譜能量的方法在線監(jiān)測傳輸損耗，并對損耗進行了仿真，仿真與實驗結(jié)果保持較好的一致性。制得的2x2光纖定向耦合器在通信C波段表現(xiàn)出波長不敏感的特性，并且插入損耗小于0.5dB。Thermo-optictuningofwhisperinggallerymodelasingfromadye-dopedhollowpolymeropticalfiber基于染料空芯聚合物光纖回音壁模式激光器的熱光調(diào)諧圖1實驗裝置圖圖2諧振波長隨溫度的變化曲線V.Anand,S.Mathew,B.Samuel,etal.,Thermo-optictuningofwhisperinggallerymodelasingfromadye-dopedhollowpolymeropticalfiber.Opticsletters,42(15),2926-2929(2017).染料摻雜聚合物微納光纖因具有成本低、機械靈活性及制備簡單的優(yōu)點，可用于制備低閾值激光器。染料摻雜聚合物微納光纖可利用染料摻雜聚合物光纖，通過拉錐方法制備微納光纖，或利用染料摻雜聚合物溶劑來實現(xiàn)光纖的制備?；谌玖蠐诫s聚合物階躍光纖、漸變光纖以及空芯光纖已被實現(xiàn)。由于任何諧振腔尺寸或者有效折射率的變化都會引起諧振波長的偏移，所以可利用這一特性來實現(xiàn)諧振波長的可調(diào)諧。本文，將染料摻雜空芯聚合物微納光纖放置于封閉柱形金屬腔中的中心空洞內(nèi)，利用U型夾持器來實現(xiàn)微納光纖的固定并通過三維位移臺進行精確對準。此外，通過外部電流源來控制微腔內(nèi)的溫度。最終，實現(xiàn)了0.44nm的波長可調(diào)諧，并且當溫度從25度變化至60度過程中，最大靈敏度為0.011nm/℃。Couplingofwhispering-gallerymodesinthegraphenenanodiskplasmonicdimers在基于石墨烯納米盤的等離子二聚體中的回音壁模式耦合效應(yīng)圖(a-h)電場分布圖；(i)耦合間距對等離子體波長的影響。W.Qiu,Y.Huang,H.Chen,etal.,Couplingofwhispering-gallerymodesinthegraphenenanodiskplasmonicdimers.Plasmonics,12(1),39-45(2017).光學(xué)微腔主要包括回音壁模式微腔，琺珀腔以及基于光子晶體的點缺陷微腔。上述微腔因可以實現(xiàn)電磁場能量的約束與增強，所以近些年備受關(guān)注。當兩個或多個微腔靠近在一起，會形成光學(xué)分子。在近十年，不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)分子已被提出并進行了在多個領(lǐng)域的應(yīng)用研究。最近，Witzany等人通過實驗手段探索了在具有光譜簽名的GaInP微盤二聚體結(jié)構(gòu)中的強耦合效應(yīng)。之后，Shuai等人優(yōu)化了耦合諧振腔的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)了光束劈裂及頻率篩選。此外，研究者還通過多個微腔耦合的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了透明效應(yīng)。微盤諧振腔因具有品質(zhì)因子高、模式體積小的優(yōu)點，因此當多個諧振腔耦合在一起時，會提高微腔性能。此外，兩個微盤的側(cè)面耦合系統(tǒng)可克服由于圓對稱所引起的各向同性問題，并實現(xiàn)雙向或單向輻射。此外，由兩個微盤組成的光學(xué)分子是一種最簡單、基礎(chǔ)的光學(xué)分子結(jié)構(gòu)。所以，這種結(jié)構(gòu)是研究其它復(fù)雜光學(xué)分子以及新型原子物理、量子光學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。對于傳統(tǒng)的電介質(zhì)微盤而言，當微盤的尺寸接近光學(xué)衍射極限時，會產(chǎn)生較大的輻射損耗。然而，對于金屬-電介質(zhì)微盤而言，因其表面等離子體的作用具有較高的約束能力，所以可有效降低微腔的尺寸并保持較高的品質(zhì)因子。但是，在此種結(jié)構(gòu)中，由于較強的吸收損耗會導(dǎo)致其具有較高的電阻損耗。此外，等離子體的諧振特性很難實現(xiàn)可調(diào)諧。石墨烯是一種新型的二維材料，其傳播長度和電磁場的約束能力遠優(yōu)越于貴金屬材料。此外，化學(xué)物摻雜的變化或者門電壓的變化將改變石墨烯的化學(xué)勢能與導(dǎo)電率。所以，石墨烯等離子體可較為容易的實現(xiàn)頻率調(diào)諧。本文，我們提出了一種單層石墨烯等離子體分子，并利用有限元分析探索了幾何參數(shù)對電磁場分布，品質(zhì)因子等光學(xué)特性參數(shù)的影響。Opticalnear-fieldexcitationatcommercialscanningprobemicroscopytips:atheoreticalandexperimentalinvestigation商業(yè)掃描顯微探針的近場光學(xué)激發(fā)：理論和實驗研究圖(a)激發(fā)波長800nm，尖端半徑65nm時，電場增強隨尖端長度變化關(guān)系圖；(b)電場增強隨入射角度變化關(guān)系圖；(c)電場增強隨入射光偏振角度變化關(guān)系圖；(d)電場增強隨薄膜厚度變化關(guān)系圖。C.Huber,A.Trügler,U.Hohenester,etal.Opticalnear-fieldexcitationatcommercialscanningprobemicroscopytips:atheoreticalandexperimentalinvestigation[J].PhysicalChemistryChemicalPhysics,16(6):2289-2296(2014).研究者們理論研究了幾何參數(shù)和照明參數(shù)對掃描顯微探針(SPM)尖端和基底之間電場增強的影響，仿真研究采用基于邊界元方法(BEM)的Matlab的MNPBEM工具箱。對不同尖端長度的場增強進行計算表明，由于更強的表面等離子體諧振，金探針相比硅探針的諧振峰更顯著，但在實際情況下很難找到確定的幾何參數(shù)以滿足可利用的激發(fā)波長的諧振條件，因此研究者對未諧振的情況也進行了研究。對激發(fā)光的入射角的影響計算表明，對于更大的入射角存在著最大場增強。研究者提出并證實了一種通過測量諧振頻率的用于電場矢量與尖端主軸對齊的新方法，這對于側(cè)面照明SPM裝置獲得最大的場增強很重要。研究者還首次研究了薄膜厚度的影響，薄膜厚度小于40nm時對諧振波長和場增強都有著顯著的影響，這表明金層厚度的精確控制對于可重復(fù)實驗是很重要的。Highlye?cientplasmonictipdesignforplasmonnanofocusinginnear-?eldo