第二节光纤通信技术

光纤通信是现代通信技术中最为重要的技术之一，信息高速公路就是由光导纤维缆铺设而成的。所谓光纤通信，即是用光导纤维制成光缆，代替传统的金属制的电缆，用程序控制的数字交换代替传统的机电交换，用数字通信替代模拟通信。

光纤通信作为技术革命中的新兴技术，虽然问世不过几十年，却已经得到迅速发展，目前已进入大规模推广应用时期。

一、光纤通信技术的由来

本世纪 60 年代以来，由于在光源和光通信传输介质方面取得重大的突破，光通信显示巨大的潜力。激光的方向性强、频率高，是进行光通信的理想光源。光波的频带宽，与电波通信相比，光纤通信能够提供更多的通信线路，可满足大容量通信系统的需要。光纤一般由两层组成，里面一层称为内芯，直径一般为几十微米，比一根头发丝还要细；外面一层称为包层，为了保护光纤，包层外往往覆盖一层塑料加以保护。光纤通信是以光波为信号载体，以光纤为传输线的通信方式。光纤通信系统主要由半导体光源，光纤和半导体光电检波器组成。

光纤的种类很多，目前通信用光纤主要是石英玻璃光纤。根据其特性的不同，它可以分为多模光纤和单模光纤两种。当光纤的芯径较大时，在光纤的数值孔径角内，可允许光波以多个特定角射入光纤端面，并在光纤中传播，此时可说光纤中有多个模式，能传输多个模式的光纤就称为多模光纤。当光纤的芯径很小时，只允许与光轴一致的光纤通过，此时光纤中只有一个基模，这种只允许传输一个基模的光纤叫做单模光纤。与多模光纤相比，单模光纤传输性能好，信号衰减小，传输频带宽，因而传输能量大，但由于其纤芯很小，给制造、连接和信号耦合带来一定困难。单模光纤是实现大容量、长距离通信的理想传输媒介。

光纤通信经历了第一代多模光纤、短波长波段的光纤通信系统和第二代单模光纤、长波长波段的光纤通信系统两个阶段。不久的将来，还将进入第三代的相干光光纤通信系统时代。相干光光纤通信系统极大地拓宽光纤通信容量，并能大大地提高接收机的灵敏度，其前景极为诱人，是目前世界各国竞相开发的重大研究课题。

二、光纤通信技术的优越性

信息传输容量大，质量高，速度快

与传统的铜芯铜轴缆相比，光纤传输的频带宽，可以提供宽频通信。所谓宽频通信有两个意义，第一是可以传输频带较宽的信号，第二是在一根导线内提供传输不同频带信号的多信道，目前一根光纤最多可提供 16 条信道，这样光纤宽频通信就大大地增加了通信容量。

激光脉冲波比电波的波长短、频率高、方向性强，因此，传输速度大大提高。对于光纤的传输能力，1993 年 7 月，日本 NTT 公司的实验室宣布创造了光纤传输 100G 比特/秒的世界计录（比特为信号数字化以后的二进制代码，基本单位为“0”或“1”，传出并收到了一个代表“1”的低电平脉冲，就叫传输了 1 比特。一千个比特叫 K 比特，一百万个比特叫 M 比特，十亿个比特叫 G 比特，从理论上讲仍能提高，但是制成实用的光缆，在近期内仅能达到 1～20G 比特，可见，光纤只利用了其理论传输能力的百分之一。

线路损耗低，抗干扰能力强，寿命长

光纤电缆传输抗干扰能力强，体积小，重量轻，保密性好，结构紧凑，线路损耗低。在实际使用中，通常把千百根光纤组合在一起并加以增强处理，制成像通常电缆一样的光缆，这样既提高了光纤的抗拉强度，又使光纤系统的通信容量大大增加。

可以在同一条通路上进行双向传输

光纤传输是双向的，用户可以通过交互式信息网络系统与对方交流对话。光纤不仅可以在陆地上使用，而且已广泛用于海洋。跨越大西洋，北太

平洋的海底光缆已投入使用，其它海底光缆也在敷设之中。这些越洋光缆几乎可把整个地球缠绕起来。

材料费用低，价格便宜

光导纤维是由玻璃制成的，电线铜芯是铜制成的，铜自然比由砂子（石英）制成的玻璃贵。用光缆代替电缆，1 千米可节约 1 吨铜的费用。日本用光缆比用普通电缆降低造价 30％，美国的贝尔公司可降低 50％。

易于安装，使用方便

光缆轻，体积小，因此易于施工，很容易装入密集的地下电缆管道，对于干、湿、冷和热等环境都较铜线有强得多的适应能力。在容量相同的情况下，光缆直径只有电缆的 1％到 0.1％，且安全性好，可靠性高，不易被窃听。

三、光纤通信技术的应用

光纤作为数字通信网中的传输介质，今后将成为世界通信网的骨干。在通信干线领域，光纤可以说是信息传输的“超高速公路”。在局域网和用户网领域，光纤将成为数据库以及与干线支路连接的宽带通道入口。

在信息高速公路上，铺作“路面”的，并不是交通高速公路使用的钢筋混凝土和沥青，而是以光学玻璃细丝为媒介，激光脉冲射束为数据载体的光导纤维。目前，世界各国掀起了铺设光纤信息高速公路的热潮，美国光缆总长度已达 1303.5 万千米，法国光缆总长度达 104.6 万千米，日本的光缆总长

度也达 54.7 万千米。然而与这些国家信息高速公路的要求相比，现有光缆系统的传输能力远远不够，因此，各国增铺光缆线路的势头都很猛烈，法国计划在 2000 年把光缆线路增加到 200 万千米。可见，在名符其实的全国信息高速公路出现之前，这些光缆系统必须要增容，而所传输的信息则要数字化和加以标识，这样才能省电，并且精确地传输给电话通信系统和高速公路上的用户。

未来的信息高速公路将首先在现有光纤通道基础上，增设“大道”，先将光缆铺到公路旁、住宅前，最终目标是实现光纤进入千家万户。目前，光缆线路铺设的最大问题不在于干线，而在于入户，即连结每一户居民。如果要把全美国 9600 万个住户入户铜芯同轴电缆都改成光缆，估计需要 2000 亿

美元，要花费 20 年甚至更多的时间，这是信息高速公路最大的瓶颈之一。目前，信息高速公路尚在起步阶段。

光纤通信是现代化通信网络的基础平台。光导纤维的巨大潜力，将使信息高速公路不仅成为数据传输媒介，还将输送电视、电话、教育、金融等多种服务，成为继本世纪 50 年代开始美国大规模普及电话之后最重大的通信手段革命。展望国际光纤通信技术的发展，其趋势将是日益网络化，智能化，在信息时代，光纤网将日益发挥它的巨大作用，成为信息高速公路的强大的后盾。