全面解读光纤技术的演进史及发展趋势

2020-04-09 10:16:56 1502

近年来,科技发展的速度不断加快,先进的光纤制造技术更是发展迅猛,在邮电通信、广播通信、电力通信、石油通信和军用通信等领域得到了广泛应用。

光纤的起源与发展

  光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。1966年,美籍华人高锟和霍克哈姆发表论文,光纤的概念由此产生。1970年,美国康宁公司研制成功损耗为20dB/km的光纤,光纤通信时代由此开始。1977年美国在芝加哥用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。当时8.5微米波段的多模光波为代光纤通信系统。随即在1981年、1984年以及19世纪80年代中后期,光纤通信系统迅速发展到第四代。第五代光纤通信系统达到了应用的标准,实现了光波的长距离传输。


被誉为光纤之父的华裔物理学家高锟

  我国在1974年开始了光纤通信技术的研究,在20世纪70年代至80年代完成了一系列实用工程,这是现如今光纤通信技术广泛应用的基础。20世纪90年代,在我国新兴的光纤开始取代传统的电缆,光纤通信系统的干线逐步形成。截至2015年9月,我国光缆线路总长度达到2355万公里,在光纤技术及相关元器件的研制方面,我国也有相当规模的技术和研究已进入生产环节。

光纤通信的发展阶段

  阶段:1966-1976年,是从基础研究到商业应用的开发时期。在这一阶段,实现了短波长0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纤通信系统,无中继传输距离约10km。

  第二阶段:1976-1986年,这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。在这个时期,光纤从多模发展到单模,工作波长从短波长0.85μm发展到长波长1.31μm和1.55μm,实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140565Mb/s的单模光纤通信系统,无中继传输距离为10050km。

  第三阶段:1986-1996年,这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期,实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术,传输速率可达2.510Gb/s,无中继传输距离可达150100km。实验室可以达到更高水平。


光纤的分类

  光纤大类上可分为多模光纤和单模光纤。

  多模光纤是指可以传输多个光传导模的光纤。在光纤通信初期,就是使用的就是多模光纤(G.651光纤),其工作波长在850nm或1300nm,衰减常数分别为<4dB/km和<3dB/km,色散系数分别为<120ps/(nm.km)和<6ps/(nm.km)。由于它的衰耗和色散大,故只能用于短距离通信。但它芯径大,对于接头和连接器的要求都不高,使用起来比单模光纤要方便,目前多用于局域网。

  单模光纤是指只传输一个光传导模(基模)的光纤。其主要优点是衰减较小,传输距离长,传输容量大,在长途骨干网、城域网、接入网等场合均有广泛应用。单模光纤由于只能传输基模,它不存在模间时延差,具有比多模光纤大得多的带宽,单模光纤的带宽可达几十GHz以上。所以单模光纤特别适合用于长距离、大容量的通信系统。常用的单模光纤有以下几种:G.652光纤,G.653光纤,G.655光纤。

 光纤通信技术的发展趋势

  光纤通信技术的物理属性和技术特性都决定它不仅在现在的发展中得以广泛应用,也要在未来大展手脚。在未来,光纤通信技术的发展趋势体现在以下几个方面:

  1.超高速系统的演进

  光纤通信技术的发展迅猛,光纤通信的传输速率在十年内能提高100倍,到时用户能够用上无限带宽。目前的商用系统中,普遍的光纤传输速率为10Gbit/s,40Gbit/s的传输速率也已进入实用阶段。更高传输速率的160Gbit/s和640Gbit/s还在研究之中,距离投入实用还有一段路要走。受到光纤的物理特性的限制,光纤通信的进一步扩容采用光复用方式。目前光复用方式进入大规模商用的只有WDM和DWDM。

  2.光纤接入网

  光纤接入网是信息高速公路"飞入寻常百姓家"的后一步,是建设信息高速公路的关键技术。光纤接入网能够真正实现信息高速化、服务个性化、带宽大化,能够大程度地满足大众的需求。

  3.全光网的前景

  光纤通信的终阶段是全光网通信。光纤通信的超高速趋势会使光电转换环节成为瓶颈,电信号处理将会大大增加光纤网络的复杂程度和处理难度。全光网的关键就是信息传输的全过程都保持光的形式,不必经历电的转换,大大促进了高速网络的超大容量的实现。