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光纖通信技術(shù)及運用
【摘要】隨著現(xiàn)代信息化的發(fā)展，人們對于網(wǎng)絡(luò)通信的要求越來越高，傳統(tǒng)的數(shù)字通信、衛(wèi)星通信等已無法滿足要求。近些年來光纖通信逐漸成為主流的通信技術(shù)，它是通過光波利用光電轉(zhuǎn)化來傳播信息的一種方法，其特點是容量大、速度高且保密性很強，而且不會像衛(wèi)星通信那樣容易受到外界信號的干擾，目前我國的因特網(wǎng)接入基本上實現(xiàn)了光纖通信，在大部分科研生產(chǎn)領(lǐng)域也已實現(xiàn)了光纖通信覆蓋，隨著現(xiàn)代人工智能、大數(shù)據(jù)等潮流的來臨，光纖通信將會發(fā)揮更大作用。本文主要介紹了光纖通信技術(shù)及其發(fā)展和應(yīng)用狀況。
【關(guān)鍵詞】光纖通信；光波；網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用
1光纖通信概述
光纖通信是指以光作為載體，利用光纖作為媒介進行信息傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。1966年高琨博士發(fā)表了一篇論文，提出光學(xué)纖維可以作為信息傳輸媒介，由此開創(chuàng)了光纖通信的研究。但是在當時玻璃絲的損失太大，以至于人們普遍不相信利用光纖可以通信。美國BELL實驗室與康寧公司合作，研制了3根損失為20dB/km的光纖，因為他們相信由于光的頻率和帶寬是電信號的千萬倍，因此理論上它是可以用來進行高質(zhì)量通信的，然而當時由于光源及其它因素的影響，光纖并沒有能給人們驚喜，直到后來美國研制出通信激光器，人們才體會到光纖通信的巨大優(yōu)勢，光纖通信瞬間取代了傳統(tǒng)的電子通信，成為風靡全球的通信技術(shù)。相較于其它通信手段，光纖通信最大的優(yōu)勢在于其介質(zhì)是光，這種載體本身的優(yōu)勢使得光纖通信異常優(yōu)越，主要是頻帶非常之寬且損耗較低、保密性很強且抗干擾能力強、容量大且速度極快。光作為傳播介質(zhì)，相比電來說其損耗非常低，而光自身的頻帶也比電寬許多倍，這使得光纖通信具備第一個優(yōu)勢；其次因為光纖通信是在光導(dǎo)結(jié)構(gòu)之中的，而泄露的少數(shù)射線也會被包裹層吸收，所以光纖通信的保密性和抗干擾能力都遠強于電；另外由于光纖的體積非常小但是光可攜帶的信息量很大，這使得光纖通信傳輸速度快且容量大。我國光纖通信發(fā)展也較早，在20世紀70、80年代，武漢和北京兩地的郵電科學(xué)研究院已經(jīng)開始了研究，由趙梓森牽頭的光纖通信事業(yè)獲得了很大成就，甚至超過歐洲一些國家，為我國的光纖通信事業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。到20世紀80、90年代，我國的光纜長度已達250萬km，但此時還不能直接使用在今日司空見慣的生活中，近一二十年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國計算機和信息技術(shù)得到了巨大程度的普及，由此帶動了光纖通信的發(fā)展，目前已經(jīng)基本實現(xiàn)了全國的光纖通信式有線網(wǎng)絡(luò)接入，使我國進入了網(wǎng)絡(luò)國家的行列[1]。
2光纖通信技術(shù)應(yīng)用
對光纖通信技術(shù)來說，主要的細節(jié)技術(shù)在于光纖光纜、光交換、光源器件以及光網(wǎng)絡(luò)等。對于光纖光纜來說，我們一般考察它的通信光纖與特種光纖，近些年來隨著新的光波段的發(fā)現(xiàn)，光譜范圍基本擴大了30%左右，沿著這種趨勢發(fā)展，未來的光纖通信在速度和容量上將獲得質(zhì)的飛躍。另外特種光纖現(xiàn)在也在研制之中，其中比較有前景的如有源光纖、光纖光柵、多芯單模光纖等，有源光纖是指滲入稀土離子的光纖，稀土離子的作用在于構(gòu)成激光活性物質(zhì)，以此制造光纖放大器，光纖放大器是光弧子傳輸?shù)年P(guān)鍵一環(huán)，有了它，光弧子才能實現(xiàn)超遠距離的傳輸。光纖光柵是指利用紫外線照射，從而在光纖芯內(nèi)部產(chǎn)生周期性的折射率變化的光纖，其目的是為了生成光柵，光柵是一種常用的選擇頻率的器件，利用它可以制成多種器件。多芯單模光纖是指將多根光纖用一個外包層包裹起來，但內(nèi)包裹層又是單獨的一種光纖，這種特種光纖的特點是成本很低，基本只有常用光纖的一半，它的目的在于大批量的建設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)，目前已經(jīng)在實際中廣泛應(yīng)用[2]。對于光纖通信技術(shù)的應(yīng)用來說，常見的有波分復(fù)用技術(shù)、用戶接入技術(shù)以及光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。波分復(fù)用的原理是根據(jù)光波的頻率將其分類，然后以光波為信號的載體，利用光合波器對其進行合并，這樣可以將不同波長的光波在一條光線路中傳輸，從而使得光波可以忽略波長區(qū)別而統(tǒng)一傳輸，這種方法對于工程應(yīng)用特別重要，目前各個電信公司都廣泛采用這種技術(shù)來整合信息傳輸，而對于不同的用戶也有針對性的服務(wù)，整體成本也較低，因此這種方法已經(jīng)成為現(xiàn)代光纖通信技術(shù)中重要的一部分。用戶接入是指利用光纖通信來接入互聯(lián)網(wǎng)至用戶，在電子通信時代，網(wǎng)絡(luò)接入一般是依靠電話線等實現(xiàn)，而這種方式傳輸網(wǎng)絡(luò)速度很慢，而且接入用戶數(shù)量也較小，無法滿足人們的需求。隨著近些年來信息技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，人們對于網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高，而光纖通信技術(shù)則為其提供了有力的保障，21世紀以來，我國就開始大量推廣光纖通信技術(shù)，到近幾年，基本上實現(xiàn)了全國范圍內(nèi)的光纖網(wǎng)絡(luò)接入，給人們的生活帶來了巨大的便利。光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過光纖通信技術(shù)將用戶的信息進行共享，這是建立在上述光波復(fù)用基礎(chǔ)之上的，其實光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)上仍是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而其實現(xiàn)手段是光纖通信。在傳統(tǒng)的電子傳輸式互聯(lián)網(wǎng)中，受到傳輸速度和傳輸體量的影響，要實現(xiàn)用戶實時共享信息是非常困難的，而光纖通信技術(shù)由于其出色的傳輸表現(xiàn)則可以實現(xiàn)這個目標，首先高速的信息傳輸使得大部分地區(qū)的信號延遲降低，有的地方甚至為零延遲，從而在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)了信息的共享[3]。眾所周知，我國幅員遼闊，實現(xiàn)大范圍內(nèi)的信息通信共享是具有重要意義的，近些年來基于光纖通信技術(shù)的光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大大加強了各個地區(qū)之間的連接，也為人工智能等新興技術(shù)奠定了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。
3光纖通信技術(shù)特點
光纖通信技術(shù)相較其它通信手段來說特點鮮明，首先是其傳輸速度快且傳輸體量大，其次是損耗很低且傳輸距離長，還包括其抗干擾能力強等。因為我們知道光的頻帶遠遠超過電，這使得光纖通信的容量非常之大，且由于光纖自身的體積非常小，相比其它介質(zhì)來說質(zhì)量也較輕，因此光纖比較容易鋪設(shè)，在有限的空間中可布置的光纖數(shù)量比較多，這些特性使得光纖通信技術(shù)傳輸速度快且體量大，而且對空間的要求也比較小，能很好地滿足當今有線通信的要求。其次利用光作為媒介進行信息傳輸?shù)膿p耗非常小，這主要得益于光信號的衰減很小，石英系統(tǒng)的損耗光纖相較其它媒介其損耗已經(jīng)很低，而在研究中的非石英系統(tǒng)超低損耗光纖則會實現(xiàn)更低的損耗，這會極大地節(jié)省成本。除此之外，因為一般的光纖管線是由石英材料制造的，而石英本身是一種絕緣材料，因此光纖通信也附帶了一定的絕緣性，這使得其在傳輸信息過程中很少會受到為外界信號的干擾，且基于石英材料的光纖線路也不會輕易因為電離層而受到損害，所以光纖的線路與常見的高壓線路一起架設(shè)是可行的，石英材料本身也不懼怕腐蝕，而且還能很好地抵御雷電、太陽光等外界干擾，這很大程度上加快了通信的發(fā)展。另一方面，傳統(tǒng)的電波傳輸信息時，會受到由于電磁波的泄露而產(chǎn)生問題，但是在光纖傳輸過程中，光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以將光信號很好地限制在管路中，而少數(shù)泄露的射線也會被環(huán)繞于光纖之上的材料所吸收，因此一般情況下不會發(fā)生泄露。通過上述分析我們可以得知光纖通信的諸多優(yōu)勢，但是也應(yīng)該注意到它本身也有一定的缺陷，首先就是它容易受到色散特性的影響，這主要是因為光纖傳輸過程中是以不同頻率和模式來實現(xiàn)的嗎，而這會使得信號出現(xiàn)失真現(xiàn)象，此時傳輸至終點的信號會與預(yù)期有所差別。
4光纖通信技術(shù)發(fā)展前景
雖然光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為主流通信技術(shù)，且其優(yōu)勢也已經(jīng)得到廣泛承認，但是隨著現(xiàn)代智能的發(fā)展，人們對通信的要求越來越高，對于光纖通信來說，人們希望其能實現(xiàn)以下目標。首先是超大容量和超遠距離傳輸，因為人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)都需要可靠的通信來配合，尤其是大容量與高速度的通信手段，在移動通信領(lǐng)域，5G技術(shù)已經(jīng)準備商用，而有線通信上，我們期待光纖通信能取得新的突破。其次是實現(xiàn)光弧子通信技術(shù)，光弧子自身具有大容量、抗干擾能力強等優(yōu)勢，而且它可以實現(xiàn)遠距離的傳輸，因此具有非常高的研究價值，我們希望未來它能取得新的成就[4]。另外就是全光網(wǎng)的實現(xiàn)，這是一種超高質(zhì)量的通信手段，即通信信息以光形式傳播和交換，從信息的來源到各個節(jié)點都是在光域中進行，這一目標的實現(xiàn)將會革命性地改變光纖通信。綜合來說，光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)取得了巨大的成就，然而隨著現(xiàn)代科技發(fā)展的速度越來越快，我們希望光纖通信技術(shù)也能與時俱進，取得新的成績。
參考文獻
[1]趙梓森.中國光纖通信發(fā)展的回顧[C].光纖發(fā)明50周年，2016，32（5）：5-9.
[2]覃星程.淺談光纖通信技術(shù)[J].通訊技術(shù)，2018（10）：33-34.
[3]王學(xué)東，史宏偉.光纖通信技術(shù)的發(fā)展[J].黑龍江電力，2002，24（1）：43-45.
[4]魏春來.現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)及應(yīng)用[J].通信設(shè)計與應(yīng)用，2018（10）：75-77.
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