1、論文題目：國內(nèi)外光纖通信發(fā)展及未來趨勢中文摘要：本文主要講述光纖通信的產(chǎn)生過程及光纖通信的特點(diǎn)。同時具體寫我國光纖通信的發(fā)展及世界光纖通信發(fā)展趨勢英文摘要：This article mainly described the generating process and optical fiber communication optical fiber communication features. At the same time our optical fiber communication of specific writing development and the optical fi

2、ber communication development trend論文正文：生活中光無處不在。而且光也有很多不同的作用，比如在通信中的作用。打手勢也是一種目視形式的光通信，在黑暗中不能進(jìn)行。白天太陽充當(dāng)這個傳輸系統(tǒng)的光源，太陽輻射攜帶發(fā)送者的信息傳送給接收者，手的動作調(diào)制光波，人的眼睛充當(dāng)檢測器。同時早在幾千年前，我國的火光通信（也叫做烽火臺）也是一種著名的光通信。其中較著名的有周朝的驪山烽火臺，秦漢的長城烽火臺，城上每隔一定距離設(shè)一個報警烽火臺，一旦發(fā)現(xiàn)敵人入侵，白天燃煙，夜間舉火，利用火光來傳送軍事情報。這種利用烽火臺來傳送軍事情報，就是古代的光通信方式。1880年，貝爾發(fā)明了一種利用

3、光波作載波傳遞話音信息的“光電話”，它證明了利用光波作載波傳遞信息的可能性。他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實驗，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制的論文，報道了他的光電話裝置。貝爾的光電話和烽火報警，都是利用大氣作為光通道，光波傳播易受氣候的影響，在有霧的天氣里，它的能見度很小，遇到下雨下雪天影響就更大了。因此氣候不好，光電話常常不能使用，這就限制了它的發(fā)展。激光器出現(xiàn)之前，光學(xué)中普遍使用普通的相干性較差的普通光源,這種光源譜線很寬，無法進(jìn)行通信。1960 年，美國科學(xué)家梅曼（Meiman

4、）發(fā)明了第一個紅寶石激光器。與普通光相比，激光譜線很窄，方向性及相干性極好，是一種理想的相干光源和光載波。由激光發(fā)展起來的激光通信有高度的相干性和空間定向性，通信容量大、體積較小并且有較高的保密性。所以激光是光通信的理想光源，它的出現(xiàn)是光通信發(fā)展的重要一步。激光器和光纖的發(fā)明，使人們看到了光通信的曙光。而要實現(xiàn)光纖通信，還需要在激光器和光纖的性能上有重大的突破。但是在這兩方面的突破遇到了許多困難，尤其是光纖的損耗要達(dá)到可用于通信的要求，從每千米損耗1000 分貝降低到20 分貝似乎不太可能，以致很多科學(xué)家對實現(xiàn)光纖通信失去了信心。就在這種情況下，出生于上海的英藉華人高錕（K.C.Kao)博士，

5、通過在英國標(biāo)準(zhǔn)電信實驗室所作的大量研究的基礎(chǔ)上，對光波通信作出了一個大膽的設(shè)想。他認(rèn)為，既然電可以沿著金屬導(dǎo)線傳輸，光也應(yīng)該可以沿著導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。1966年7 月，高錕就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有重大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000 分貝降低到20 分貝公里，從而有可能用于通信。這篇論文使許多國家的科學(xué)家受到鼓舞，加強(qiáng)了為實現(xiàn)低損耗光纖而努力的信心。同時由于光纖的發(fā)展，光纖系統(tǒng)也漸漸發(fā)展起來。1976 年，美國在亞特蘭大（Atlanta）進(jìn)行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。1980年

6、，美國標(biāo)準(zhǔn)化FT-3 光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。1976 年和1978 年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s 的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s 的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗。1983 年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線。隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8 底光纜通信系統(tǒng)于1988 年建成。第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4 海底光纜通信系統(tǒng)于1989 年建、成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。光纖通信是利用光作為信息載體以光纖作為傳輸媒質(zhì)的通信方式。實現(xiàn)光纖通信除了需要將傳統(tǒng)多樣的電信號轉(zhuǎn)換為光信號的裝置還需要有傳

7、輸光信號的介質(zhì)以及將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。所以在光纖通信中有3個主要的技術(shù)問題：便于應(yīng)用且性能優(yōu)良的光源；能長距離傳輸光信號的傳輸介質(zhì)：靈敏地接收光信號并能把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光檢測器。光源是光纖傳輸系統(tǒng)的心臟部件它的功能是實現(xiàn)電，光轉(zhuǎn)換其性能的好壞對整個傳輸系統(tǒng)的質(zhì)量有舉足輕重的作用一個完整的光通信系統(tǒng)，除光纖、光源和光檢測器外還需要許多其它光器件特別是無源器件。這些器件對光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展或性能的提高，都是不可缺少的。雖然對各種器件的特性有不同的要求但是普遍要求插人損耗小、反射損耗大、工作范圍寬、性能穩(wěn)定、壽命長、體積小、價格便宜等，許多器件還要求便于集成。在光纖通信系統(tǒng)

8、中作為載波的光波頻率比電波的頻率高的多而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十億倍。光纖由纖芯、包層與涂層三大部分組成。光纖按模式分為多模光纖和單模光纖，對于公用通信網(wǎng)的骨干網(wǎng)，包括市內(nèi)骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)的光纖線路，需要使用單模光纖；專用的局域網(wǎng)和其它短距離光纖線路使用多模光纖。光纖的工作波長有短波長和長波長，短波長是0.85m，長波長則是1.31m和1.55m兩種。光纖的損耗在1.31m為0.35dB/km，在1.55m為0.20dB/km。波長1.31m光纖的色散為零，而波長1.55m光纖有最低損耗卻有不小的色散（Chromaticdisper

9、sion，簡寫dispersion)，對長距離、高速率脈沖信號傳輸有限制。經(jīng)重新設(shè)計的光纖，使零色散波長從1.31m移位至1.55m，這樣的單模光纖就稱為色散移位光纖，簡寫DSF（dispersionshiftedfiber）。為了充分發(fā)展WDM/DWDM系統(tǒng)，應(yīng)用波長1.55m存在小量的色散恰恰足夠抵消FWM（四波混頻）的影響，稱為非零色散光纖，簡寫NZDF（non-zerodispersionfiber）。光源是光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵光子器件。光纖通信對光源器件的要求工作壽命長（光源器件壽命的終結(jié)是指其發(fā)光功率降低到初始值的一半或者其閾值電流增大到其初始值的二倍以上）、體積小、重量輕。常見的

10、光源器件有激光二極管（LD）和發(fā)光二極管（LED）兩種。O.5m短波長光源常采用GaAlA/ GaAs雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，而長波長1.31.55m則采用InGaAsPlnp隱理式異質(zhì)結(jié)構(gòu)。而WDM系統(tǒng)須利用長波長光源器件，它不僅要求激光管的發(fā)射波長高度穩(wěn)定，保證器件與波導(dǎo)之間實現(xiàn)最佳耦合，插入損耗小，同時要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號能夠在一根光纖中加以傳輸。近年來研制的多波長光源器件主要是把多路激光管排成陣列，連同一個導(dǎo)形耦合器，利用硅的“平面光路”平臺技術(shù)制成混合集成光組件，其結(jié)構(gòu)趨于采用光纖光柵的外腔激光管結(jié)構(gòu)。光檢測器件通過光/電轉(zhuǎn)換將信號通信信息從光波

11、中分離檢測出來。光檢測器件的要求靈敏度高、響應(yīng)度高、噪聲低、工作電壓低、體積小重量輕壽命長。常見的光檢測器有PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。現(xiàn)代光纖通信具有強(qiáng)烈的優(yōu)勢。首先，光纖通信頻帶極寬，通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。其次，它抗電磁干擾能力強(qiáng)。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料不易被腐蝕而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個重要特性是光波導(dǎo)對電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾也不受人為釋放的電磁干擾還可用它與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。而

12、且光纖通信對電氣絕緣。光纖是用玻璃材料構(gòu)造的，它是電氣絕緣體因而不需要擔(dān)心接地回路。光纖之間的串?dāng)_非常小設(shè)備接El問題也簡化了。特別是光纖在電氣危險環(huán)境中廣泛應(yīng)用因為它不會產(chǎn)生電弧和火化。光纖通信保密性好，無串音干擾在電波傳輸?shù)倪^程中電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串?dāng)_而而容易被竊聽保密性差。光波在光纖中傳輸因為光信號被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中而任何泄漏的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收即使在轉(zhuǎn)彎處漏出的光波也十分微弱。這樣，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多相鄰信道也不會出現(xiàn)串音干擾同時在光纜外面也無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ９饫w徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)。光纖的芯徑很細(xì)，約為O1mm由多芯光纖組成光

13、纜的直徑也很小8芯光纜的橫截面直徑約為10mm而標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為47mm。這樣采用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小。解決了地下管道擁擠的問題節(jié)約了地下管道建設(shè)投資光纖通信向大容量、寬帶化、超長距離發(fā)展。我國的光通信起步較早70年代初就開始了大氣傳輸光通信的研究，隨之又進(jìn)行光纖和光電器件的研究，自1977年初研制出第一根石英光纖起跨過一道道難關(guān)取得一個又一個零的突破。我國光纖通信技術(shù)發(fā)展速度之快令世界矚目目前鋪設(shè)光纖總長度達(dá)2 500萬km覆蓋了全國省會以上城市和70多地市：參與建設(shè)、投資近20條海底光纜能與世界上70多個國家和地區(qū)進(jìn)行通信業(yè)務(wù)：已基本上掌握了100 Gbs的同步數(shù)字體系高速

14、光通信系統(tǒng)技術(shù)、288芯和648芯帶狀光纜生產(chǎn)技術(shù)以及應(yīng)用到同步數(shù)字體系高速光通信系統(tǒng)中的光放大器生產(chǎn)技術(shù)等。近年來，光通信以年均15一20的速度發(fā)展成為我國與發(fā)達(dá)國家之間差距最小的領(lǐng)域之一。但應(yīng)該看到的是我國光纖通信設(shè)備所需的一些關(guān)鍵技術(shù)、元器件、材料仍部分依賴進(jìn)I；3所以，今后光傳輸仍應(yīng)是信息產(chǎn)業(yè)建設(shè)發(fā)展的重點(diǎn)日漸成熟的光纖通信技術(shù)已經(jīng)和正在為信息的擴(kuò)容和IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起著巨大的推動作用。2、我國光纖通信技術(shù)的發(fā)展第一寬帶光接入技術(shù)。通過研究寬帶光接人技術(shù)解決未來互聯(lián)網(wǎng)多業(yè)務(wù)高效接人問題。在具體研究過程中將研究基于千兆以太網(wǎng)的寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)、動態(tài)帶寬分配方案與實現(xiàn)技術(shù)、具有高性價比

15、的寬帶接入解央方案與實用化技術(shù)、相關(guān)性能指標(biāo)與測試技術(shù)等最終掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的寬帶光接入核心技術(shù)提出相關(guān)規(guī)范，獲得相關(guān)專利，建立應(yīng)用系統(tǒng)。第二，節(jié)點(diǎn)光交換技術(shù)。通過研究光交換技術(shù)解決未來互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)交換等問題在具體研究過程中將重點(diǎn)研究基于光突發(fā)交換的系統(tǒng)構(gòu)架、網(wǎng)絡(luò)模型、業(yè)務(wù)模型、路由算法、突發(fā)交換模塊、突發(fā)交換信令控制、邊緣路由處的突發(fā)分組適配、動態(tài)帶寬分配、相關(guān)性能指標(biāo)與測試等核心技術(shù)，支持圖像、話音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的接入，提出相關(guān)規(guī)范，獲得相關(guān)專利，建立試驗系統(tǒng)。第三智能光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。通過研究智能光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決未來互聯(lián)網(wǎng)在光層上的動態(tài)、靈活、高效的組網(wǎng)問題。在具體研究過程中將重點(diǎn)研究自動

16、交換光網(wǎng)絡(luò)，掌握核心技術(shù)，研制節(jié)點(diǎn)設(shè)備。提出相關(guān)規(guī)范完成系統(tǒng)及組網(wǎng)試驗。尤其是對ASON的控制平面、傳送平面和管理平面技術(shù)進(jìn)行深入研究攻克多粒度光交換、動態(tài)波長選路與連接類型、接I；3單元(NNI、UNI)、業(yè)務(wù)適配與接入、自動資源發(fā)現(xiàn)、控制協(xié)議、接口與信令、鏈路監(jiān)控與管理、組網(wǎng)與生存性、核心功能軟件與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)同時在測試技術(shù)方面，研究自動交換光網(wǎng)絡(luò)的總體技術(shù)要求、性能評估方法和相應(yīng)的測試方法完成包括光接口、光節(jié)點(diǎn)、光網(wǎng)絡(luò)等不同層面的功能測試、性能測試、協(xié)議測試、聯(lián)網(wǎng)測試等。而今世界光纖通信正往更高速，更智能化發(fā)展。在世界網(wǎng)絡(luò)帶寬保持了50%-100%的年增長速率的同時，中國的干線

17、業(yè)務(wù)量和帶寬需求的實際年增長率均超過了200%。根據(jù)美國跨大西洋Internet干線流量統(tǒng)計，中國近幾年國內(nèi)干線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量年增長260%。國際Internet帶寬能力年增長245%，五年累增大約100倍。傳統(tǒng)的光纖通信發(fā)展始終在按照電信號的時分復(fù)用（TDM）方式進(jìn)行，每當(dāng)傳輸速率提高4倍，傳輸每個比特的成本大約下降30%40%，因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益大致按指數(shù)規(guī)律增長。單路波長的傳輸速率受限于集成電路材料的電子和空穴的遷移率；還受限于傳輸媒質(zhì)的色散和極化模色散；最后受限于系統(tǒng)的性能價格比。Lucent朗訊科技公司宣布實現(xiàn)了單信道160Gbit/s的傳輸速率，而目前商用系統(tǒng)從45Mbs增加到

18、10Gbs，可以攜帶12萬條話路，其速率在20年時間里提高了2000倍，比同期的微電子技術(shù)的集成度增長速度還要快得多。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)增加了業(yè)務(wù)傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)提供了實現(xiàn)的可能。目前，10Gbit/s系統(tǒng)已大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，40Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)商品化進(jìn)入實用階段。從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用看，帶10Gbit/s接口的路由器已經(jīng)大量應(yīng)用，帶40Gbit/s接口的路由器也已經(jīng)進(jìn)入大量應(yīng)用階段，為了提高核心網(wǎng)的效率和功能，核心網(wǎng)的單波長速率向40Gbit/s發(fā)展是合乎邏輯的?？偟目矗捎?0Gbit/s傳輸?shù)闹饕獌?yōu)勢有：(1)更有效地使用傳輸頻帶，頻譜效率較高； (2)

19、如果40Gbit/s的成本降到10Gbit/s實際成本的2.5倍以下時，就達(dá)到了合理應(yīng)用點(diǎn)，就有條件實現(xiàn)規(guī)模商用，降低傳輸成本； (3)由于只用一個網(wǎng)元代替了四個網(wǎng)元，減少了OAM的成本、復(fù)雜性以及備件的數(shù)量；(4)提高了核心網(wǎng)的效率和功能。從實際應(yīng)用看，對于40Gbit/s傳輸系統(tǒng)，必須用外調(diào)制器；能具備足夠輸出電壓驅(qū)動外調(diào)制器的驅(qū)動集成電路還不夠成熟；沿用多年的NRZ調(diào)制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s還沒有把握，必須轉(zhuǎn)向性能更好的普通歸零（RZ）碼乃至調(diào)制效率更高的其他調(diào)制方式，例如載頻抑制的RZ（CS-RZ）碼，差分相移鍵控RZ（DPSK-RZ）碼，啁啾的RZ（CRZ）碼，超級

20、CRZ（SuperCRZ）碼，雙二進(jìn)制碼（D-RZ），偽線性RZ碼，光孤子（Soliton）調(diào)制方式等。從歷史經(jīng)驗看，只有成本降到2.5倍以內(nèi)才有可能獲得規(guī)模應(yīng)用。近年來，能夠普遍應(yīng)用的基于單波道的最高傳輸容量一直停留在SDH 10Gb/s。40Gb/s的應(yīng)用需求仍然存在，但它在節(jié)點(diǎn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和系統(tǒng)的性能價格比等方面存在的問題仍然沒有很好地得到解決。另外，由于存在具有部分可替代性的解決方案（如DWDM），這也在一定程度上進(jìn)一步影響了40Gb/sSDH系統(tǒng)大范圍走向商用的步伐。對于短距離傳輸，無須色散補(bǔ)償、光放大器和外調(diào)制器，40Gbit/s系統(tǒng)具有最低的單位比特成本，上述問題不是障礙。40

21、Gbit/s的應(yīng)用已經(jīng)由短距離互聯(lián)應(yīng)用開始，包括端局內(nèi)路由器、交換機(jī)和傳輸設(shè)備間的互聯(lián)，乃至擴(kuò)展至城域網(wǎng)范圍和短距離長途應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，特別是IP業(yè)務(wù)的迅猛崛起，導(dǎo)致全球信息量呈級數(shù)增長，通信業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)單一的電話業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向高速IP數(shù)據(jù)和多媒體為代表的寬帶業(yè)務(wù)，對通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和容量提出了越來越高的要求。光纖存在巨大的頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，是實現(xiàn)高速、大容量傳輸?shù)淖罾硐氲膫鬏斆劫|(zhì)，進(jìn)一步擴(kuò)容傳輸系統(tǒng)、降低每比特傳輸成本的唯一出路就是轉(zhuǎn)向使用光的復(fù)用技術(shù)。參考文獻(xiàn)： 【1】王海光纖陀螺與GPS組合定姿技術(shù)在航天器上的應(yīng)用研究J中國慣性技術(shù)學(xué)報，2004 【2】Bouch

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