1、 評(píng)分項(xiàng)目分值得分選題15論文技術(shù)及理論水平50結(jié)構(gòu)和邏輯性15格式規(guī)范要求20總分100光纖通信基礎(chǔ)課程論文 光纖通信的基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)發(fā)展院（系）名 稱：專 業(yè) 名 稱 ：學(xué) 生 姓 名 ：指 導(dǎo) 教 師 ： 學(xué) 號(hào) ： 二一六年十二月摘要：光纖通信是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉絲制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信方式。本文主要從三個(gè)方面來論述光纖通信。第一方面主要介紹光纖通信的原理；第二方面介紹光纖通信系統(tǒng)的主要構(gòu)成；第三個(gè)方面主要介紹光纖通信的發(fā)展歷史及對(duì)未來的展望。在當(dāng)今的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，信息呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，為了滿足越來越多的信息傳遞的

2、要求，光纖通信已經(jīng)被廣泛用于現(xiàn)代社會(huì)的方方面面，光纖通信技術(shù)也成為現(xiàn)代信息領(lǐng)域不可或缺的重要技術(shù)。關(guān)鍵詞：光纖通信 原理 發(fā)展一：光纖通信的原理光是可以傳遞信息的，這是自人類誕生以來就知道的事情。人類有五感，可以通過視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺來獲取周圍環(huán)境的信息，而通過光獲取的信息高達(dá)信息總量的70%以上，光傳遞信息的能力由此可見一斑。從古代的烽火狼煙，到近代海軍的旗語通信，人類對(duì)利用光傳遞信息的探索從未停止。然而受限于當(dāng)時(shí)的科技工業(yè)水平，原始的光通訊受到自然環(huán)境的限制，所傳遞的信息量也非常有限。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類能夠制造了出光的發(fā)射器和接收器，使得利用光傳遞大量信息成為可能。但是由于

3、光在空氣中能量衰減的過于厲害，而且光難以跨過遮擋物，使得直接在空氣中利用光進(jìn)行通訊只能在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，難以推廣使用。光的全反射讓水、玻璃等透明介質(zhì)能夠在一定程度上呈現(xiàn)“導(dǎo)光”的性質(zhì)，這是光纖通信另一個(gè)原理。通過光導(dǎo)介質(zhì)讓光沿著一定的路徑、在一個(gè)范圍內(nèi)傳播，從而達(dá)到讓光可以跨越障礙、減少衰減的目的，是科學(xué)家們的一個(gè)新的探索方向。然而，在探索初期，即使是最好的光導(dǎo)材料，也有著讓人望而卻步光衰減率，光在其中只是傳播了一公里，就已經(jīng)衰減到無法辨認(rèn)的地步。這使得這方面的探索一時(shí)陷入了困境。華裔科學(xué)家高琨指出，光導(dǎo)材料之所以光衰減率如此高，就是因?yàn)槠渲泻羞^多的雜質(zhì)，只要去除雜質(zhì)，提高光導(dǎo)材料（玻璃）的純

4、度，就能夠極大的降低衰減率，這是光纖通信的又一個(gè)重要的理論基礎(chǔ)。經(jīng)過不斷的提純，1970年，美國(guó)康寧公司制造出了第一根傳輸損耗只有20dB/km的光纖，短短10年后，這一數(shù)字降到了0.2db/km ，而1990年，光纖的損耗便已經(jīng)接近了石英光纖的理論衰耗極限值0.1db/km。至此，光纖通信的基本已經(jīng)俱全，萬事具備，只欠東風(fēng)。隨著光纖通信的優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視，光纖在短短三四十年間便完全深入到了社會(huì)的各個(gè)角落。二：光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成如下圖所示：光纖通信系統(tǒng)的主要部分大致可分為三個(gè)模塊：光信號(hào)發(fā)射模塊，光信號(hào)傳輸模塊和光信號(hào)接收模塊。1. 光信號(hào)發(fā)射模塊：電端機(jī)（發(fā)送側(cè)

5、）：負(fù)責(zé)將要傳輸?shù)碾娦盘?hào)進(jìn)行放大、成幀、復(fù)用等操作，輸出可用、性能可靠的電信號(hào)。光源：負(fù)責(zé)生成搭載信號(hào)，在光纖中傳輸?shù)募す?，光源根?jù)傳輸要求的不同而不同，對(duì)于短程的光纖通訊系統(tǒng)，可能使用性能較差、但是廉價(jià)的LED光源，對(duì)于遠(yuǎn)程通信，則一般使用光頻率單一、穩(wěn)定性較好、不易散射的LD光源。根據(jù)光纖種類的不同（單模光纖、多模光纖等）和其中傳遞的光的波長(zhǎng)不同（850um、1550um、1300um等）光源也要進(jìn)行變動(dòng)。調(diào)制器：根據(jù)傳入的電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，生成搭載對(duì)應(yīng)信號(hào)的光信號(hào)，調(diào)制方式有兩種，一種是直接控制電源進(jìn)行調(diào)制，一種是控制“遮擋”進(jìn)行調(diào)制，一般使用第二種調(diào)制方式。光源和光調(diào)制器共同構(gòu)成了

6、光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。一般來說，系統(tǒng)還有光源的檢測(cè)器，檢測(cè)光源泄露的少量光來確定光源的質(zhì)量。2. 光信號(hào)傳輸模塊： 光纖、光纜：光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或62.5m），中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125m），最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。光纜是一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護(hù)套，有的還包覆外護(hù)層，用以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸?shù)囊环N通信線路。歸根結(jié)底，光纖、光纜的核心都是最中心的纖芯，光信號(hào)發(fā)射模塊發(fā)射的光在其中以很小的損耗率傳輸，一直傳輸?shù)奖还饨邮漳K接收為止。中繼器：盡管現(xiàn)在光纖對(duì)光的損耗很小，但是傳遞一定距離之后仍然需要進(jìn)行光信號(hào)的

7、補(bǔ)償以保證光信號(hào)的強(qiáng)度。中繼器包括以下兩個(gè)小部件：光源：用來提供光的能量以補(bǔ)償損耗的光信號(hào)；光檢測(cè)器：檢測(cè)接收到的光信號(hào)。如果光信號(hào)強(qiáng)度不足，則利用新的光源為其“補(bǔ)充”能量，如果光信號(hào)有偏差，則對(duì)其進(jìn)行校正。3. 光信號(hào)接收模塊：光檢測(cè)器：接收來自光纖/光纜中傳來的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)。放大電路：將微弱的電信號(hào)進(jìn)行發(fā)大，輸出足夠強(qiáng)度的電信號(hào)。光檢測(cè)器和放大電路共同構(gòu)成了光接收器，光接收器是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。電端機(jī)（接收端）：對(duì)收到的電信號(hào)進(jìn)行處理：包括解復(fù)用、放大等。值得一提的是：光信號(hào)接收模塊并不一定是該信號(hào)的傳播目標(biāo)，也有可能是某個(gè)光纖通訊系統(tǒng)中的中轉(zhuǎn)站。中轉(zhuǎn)站接收到相應(yīng)

8、的信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)要到達(dá)的實(shí)際目標(biāo)，會(huì)將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，其機(jī)制類似于電話線的中轉(zhuǎn)站。4. 其他設(shè)備與構(gòu)件：光纖連接器、耦合器等無源器件：由于光纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì)光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。備用系統(tǒng)：為了確保光纖通信系統(tǒng)的暢通，通常都設(shè)有備用系統(tǒng)，一旦主要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就可以立即切換到備用系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)：負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的的工作狀態(tài)及性能狀態(tài)，如果發(fā)生故障則會(huì)自動(dòng)報(bào)警并加以處理，以保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。除了以上系

9、統(tǒng)，還有公務(wù)通信系統(tǒng)、自動(dòng)倒換系統(tǒng)、報(bào)警處理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等，在此不一一贅述。三：光纖通信的發(fā)展1.發(fā)展歷史：對(duì)光纖的研究是近現(xiàn)代才開始的，由于一般的光導(dǎo)材料對(duì)光的損耗過高，光纖通信的發(fā)展一度陷入困境；1966年，美籍華人高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。 1970年，光纖研制取得了重大突破。美國(guó)康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。因此，光纖通信開始可以和同軸電纜通信競(jìng)爭(zhēng)，世界各國(guó)相繼投入大量人力物力，把光纖通信的研究開發(fā)推向一個(gè)新階段。 19

10、72年，隨著光纖制備工藝中的原材料提純、制棒和拉絲技術(shù)水平的不斷提高，進(jìn)而將梯度折射率多模光纖的衰減系數(shù)降至4dB/km。 1973年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降到了1.1dB/km。 1976年日本電報(bào)電話（NTT）公司等單位將光纖損耗降低到0.47dB/km。 在以后的10年中，光纖損耗，接近了光纖最低損耗的理論極限。我國(guó)從1974年就開始了光纖通信的基礎(chǔ)研究，并在幾年之內(nèi)就取得了階段性的研究成果。在此基礎(chǔ)上，20世紀(jì)70年代末進(jìn)行了光纖通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。90年代初期，我國(guó)開始了光纖通信系統(tǒng)的大量建設(shè)，光纜逐漸取代電纜，并完成了“八縱八橫”國(guó)家干線2光

11、纖通信當(dāng)前發(fā)展重點(diǎn) ： （1）波分復(fù)用技術(shù)： 波分復(fù)用技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。 根據(jù)每一信道光波的頻率(或波長(zhǎng))不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器(合波器)，將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器(分波器)將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立(不考慮光纖非線性時(shí))，從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。 （2） 光纖接入技術(shù)：光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里” 實(shí)現(xiàn)信息傳輸 的高速化，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主

12、干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流進(jìn)千家萬戶的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)的技術(shù)可以為用戶提供 FE 或 GE 的帶寬，對(duì)大中型企業(yè)用戶來說，是比較理想的接入方式。 3. 光纖通信系統(tǒng)的未來發(fā)展 （1） 光接入網(wǎng)通信技術(shù)：現(xiàn)存技術(shù)上的接入網(wǎng)依舊是雙絞線銅線的連接，仍然是原始的、落后的模擬系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)中的光接入技術(shù)的應(yīng)用使其成為了全數(shù)字化的，且高度集成的智能化網(wǎng)絡(luò)。光接入網(wǎng)通信技術(shù)所要達(dá)到的主要目標(biāo)有：最大程度的使維護(hù)費(fèi)用得到降低，故障率得到明顯下降；可以用于新設(shè)備的開發(fā)和新收入的不斷增加；與本地網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，達(dá)到減少節(jié)點(diǎn)數(shù)目和擴(kuò)大覆蓋面范圍的目的；通過光網(wǎng)絡(luò)的建立，為多媒體時(shí)代的到

13、來做好準(zhǔn)備；另外，可以最大化的利用光纖本身的一些優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。 （2） 光孤子。光孤子是一種特殊的 PS 數(shù)量級(jí)的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡，因而經(jīng)過光纖長(zhǎng)距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達(dá)萬里之遙。光孤子技術(shù)未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長(zhǎng)距離的高速通信，時(shí)域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率1020Gbit/s 提高到 100Gbit/s 以上；在增大傳輸距離方面采用重定時(shí)、整形、再生技術(shù)和減少 ASE，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到 km 以

14、上；在高性能 EDFA方面是獲得低噪聲高輸出 EDFA。當(dāng)然實(shí)際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)難題，但目前已取得的突破性進(jìn)展使人們相信，光孤子通信在超長(zhǎng)距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。 （3） 全光網(wǎng)絡(luò)。未來的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)，全光網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的全光化，但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處仍采用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康倪M(jìn)一步提高，因此真正的全光網(wǎng)已成為一個(gè)非常重要的課題。全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點(diǎn)代替電節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間也是全光化，信息始終以光的形式進(jìn)行傳輸與交換，交換機(jī)對(duì)用戶信息的處理不再按比特進(jìn)行，而是根據(jù)其波長(zhǎng)來決定路由。目前，全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。從發(fā)展趨勢(shì)上看，形成一個(gè)真正的、以WDM技術(shù)與光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡(luò)層，建立純粹的全光