第二章　光纤通信

第一节　光纤通信的发展过程

任何一个通信系统均包括三个主要的组成部分，即发送、传输及接收，光纤通信也不例外。需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。通常，信息的载波是射频波、微波或毫米波等。传输媒质为金属导线、同轴电缆、金属波导管或大气等。但近年来，以光波为载波、光纤作为传输媒质的光纤通信异军突起，发展十分迅速，已成为IT产业的支柱。

1966年，英籍华人高锟（C.K.Kao）预见利用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维（简称光纤）。当时，世界上最优秀的光学玻璃衰减达1000dB/km左右。1970年，美国康宁公司首先研制成衰减为20dB/km的光纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究。为了实现长距离的光纤通信，必须减小光纤的衰减。C.K.Kao早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素。另一方面，玻璃内的OH-离子对衰减也有严重的影响。到了1976年，人们设法降低OH-含量后发现低衰减的长波长窗口有：1.31μm、1.55μm。1980年，光纤衰减已降低到0.2dB/km（1.55μm），接近理论值。这样，使得进行长距离的光纤通信成为可能。与此同时，为促进光纤通信系统的实用化，人们又及时地开发出适用于长波长的光源、激光器、发光管、光检测器等。应运而生的光纤成缆，光无源器件和性能测试及工程应用仪表等技术日臻成熟，这都为光纤光缆作为新的通信传输媒介奠定了良好的基础。1976年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个44.736Mbit/s且传输110km的光纤通信系统的现场实验，使光纤通信向实用化迈出了第一步。1981年以后，用光纤通信技术大规模地制成商品并推向市场。

我国自20世纪70年代初开始光纤通信技术的研究。1977年，武汉邮电研究院研制成功中国第一根阶跃折射率分布的、波长为0.85μm的多模光纤。后来又研制成单模光纤和特殊光纤，以及光通信设备。现在，我国光纤通信产业已能够生产光纤光缆、光电器件、光端机及其他工程应用方面的配套仪表器件等。由此可见，中国已具有大力发展光纤通信的综合实力。

国际推荐的IEEEl394串行接口中，使用带屏蔽的双绞线（Shielded Twisted Pair，STP），速率虽然可以达100Mbit/s，但距离多在4.5m以内，有一定的局限性。另一种就是正在开始初步实用的塑料光纤（POF）。由于POF本身具有比STP更多的优点，在家庭网和其他局域网的室内配线中受到了重视。宽带综合业务数字网（B-ISDN）是一种基于异步传输模式（ATM）的通信网络，为了进一步提高传输速率，建立同步数字系列（SDH）网络是必由之路。21世纪是个信息时代，为了满足人类不断增长的信息需求，现在这种高价全新的宽带IP网络能传输千兆比特多媒体数字信号。为了增加光缆的传输距离，近来研究成功了光放大器，这样就不必进行光电转换、放大、再电光转换，从而实现了直接光放大到全光网络。这对于提高信号质量、降低成本、提高网络的可靠性都是非常有益的。

同步数字体系（SDH）是当前电信网的主要传输体制。波分复用系统由于可以在一根光纤上同时传送多个波长的信号，因而通信容量将有很大程度的提高。普通的点到点的波分复用系统虽然有巨大的通信容量，但只提供了原始的传输带宽，必须要有灵活的节点才能实现高效灵活的组网能力。光分叉复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）是靠光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题的，单个节点容量可从160Gbit/s增加到10Tbit/s。

总之，从1970年到现在虽然只有短短三十多年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体来实现通信，这一几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。