光纖通信技術(shù)和發(fā)展趨勢

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1、主題詞或關(guān)鍵詞:信息科學(xué)光波光纖通信技術(shù)  光纖由內(nèi)芯和包層組成,內(nèi)芯一般為幾十微米或幾微米,比一根頭發(fā)絲還細(xì);外面層稱為包層,包層的作用就是保護(hù)光纖。編輯本段發(fā)展歷史  光纖通信是利用光波作載波,以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式。1966年英籍華人高錕博士發(fā)表了一篇劃時代性的論文,他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維,能作為通信媒質(zhì)。從此,開創(chuàng)了光纖通信領(lǐng)域的研究工作。1977年美國在芝加哥相距7000米的兩電話局之間,首次用多模光纖成功地進(jìn)行了光纖通信試驗(yàn)。85微米波段的多模光纖為第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年又實(shí)現(xiàn)了兩電話局間使用1.3微米

2、多模光纖的通信系統(tǒng),為第二代光纖通信系統(tǒng)。1984年實(shí)現(xiàn)了1.3微米單模光纖的通信系統(tǒng),即第三代光纖通信系統(tǒng)。80年代中后期又實(shí)現(xiàn)了1.55微米單模光纖通信系統(tǒng),即第四代光纖通信系統(tǒng)。用光波分復(fù)用提高速率,用光波放大增長傳輸距離的系統(tǒng),為第五代光纖通信系統(tǒng)。新系統(tǒng)中,相干光纖通信系統(tǒng),已達(dá)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)水平,將得到應(yīng)用。光孤子通信系統(tǒng)可以獲得極高的速率,20世紀(jì)末或21世紀(jì)初可能達(dá)到實(shí)用化。在該系統(tǒng)中加上光纖放大器有可能實(shí)現(xiàn)極高速率和極長距離的光纖通信。編輯本段組成結(jié)構(gòu)  就光纖通信技術(shù)本身來說,應(yīng)該包括以下幾個主要部分:光纖光纜技術(shù)、光交換技術(shù)傳輸技術(shù)、光有源器件、光無源

3、器件以及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。光纖光纜技術(shù)  光纖技術(shù)的進(jìn)步可以從兩個方面來說明:一是通信系統(tǒng)所用的光纖;二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個,即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近幾年相繼開發(fā)出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纖)以及S波段窗口。其中特別重要的是無水峰的全波窗口。這些窗口開發(fā)成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內(nèi),都能實(shí)現(xiàn)低損耗、低色散傳輸,使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長。這一技術(shù)成果將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面是特種光纖的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化,這是一個相當(dāng)活躍的領(lǐng)域?! ?/p>

4、特種光纖具體有以下幾種:  1.有源光纖  這類光纖主要是指摻有稀土離子的光纖。如摻鉺(Er3+)、摻釹(Nb3+)、摻鐠(Pr3+)、摻鐿(Yb3+)、摻銩(Tm3+)等,以此構(gòu)成激光活性物質(zhì)。這是制造光纖光放大器的核心物質(zhì)。不同摻雜的光纖放大器應(yīng)用于不同的工作波段,如摻餌光纖放大器(EDFA)應(yīng)用于1550nm附近(C、L波段);摻鐠光纖放大器(PDFA)主要應(yīng)用于1310nm波段;摻銩光纖放大器(TDFA)主要應(yīng)用于S波段等。這些摻雜光纖放大器與喇曼(Raman)光纖放大器一起給光纖通信技術(shù)帶來了革命性的變化。它的顯著作用是:直接放大光信號,延長傳輸距離;在光纖

5、通信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)(CATV網(wǎng))中作分配損耗補(bǔ)償;此外,在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中及光孤子通信系統(tǒng)中是不可缺少的關(guān)鍵元器件。正因?yàn)橛辛斯饫w放大器,才能實(shí)現(xiàn)無中繼器的百萬公里的光孤子傳輸。也正是有了光纖放大器,不僅能使WDM傳輸?shù)木嚯x大幅度延長,而且也使得傳輸?shù)男阅茏罴鸦! ?.色散補(bǔ)償光纖(DispersionCompensationFiber,DCF)  常規(guī)G.652光纖在1550nm波長附近的色散為17ps/nm×km。當(dāng)速率超過2.5Gb/s時,隨著傳輸距離的增加,會導(dǎo)致誤碼。若在CATV系統(tǒng)中使用,會使信號失真。其主要原因是正色散值的積累引起色散加劇,從而

6、使傳輸特性變壞。為了克服這一問題,必須采用色散值為負(fù)的光纖,即將反色散光纖串接入系統(tǒng)中以抵消正色散值,從而控制整個系統(tǒng)的色散大小。這里的反色散光纖就是所謂的色散補(bǔ)償光纖。在1550nm處,反色散光纖的色散值通常在-50~200ps/nm×km。為了得到如此高的負(fù)色散值,必須將其芯徑做得很小,相對折射率差做得很大,而這種作法往往又會導(dǎo)致光纖的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散補(bǔ)償光纖是利用基模波導(dǎo)色散來獲得高的負(fù)色散值,通常將其色散與衰減之比稱作質(zhì)量因數(shù),質(zhì)量因數(shù)當(dāng)然越大越好。為了能在整個波段均勻補(bǔ)償常規(guī)單模光纖的色散,最近又開發(fā)出一種既補(bǔ)償色散又能補(bǔ)償色散斜率的"

7、雙補(bǔ)償"光纖(DDCF)。該光纖的特點(diǎn)是色散斜率之比(RDE)與常規(guī)光纖相同,但符號相反,所以更適合在整個波形內(nèi)的均衡補(bǔ)償。  3.光纖光柵(FiberGrating)  光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在紫外光的照射(通常稱為紫外光"寫入")下,于光纖芯部產(chǎn)生周期性的折射率變化(即光柵)而制成的。使用的是摻鍺光纖,在相位掩膜板的掩蔽下,用紫外光照射(在載氫氣氛中),使纖芯的折射率產(chǎn)生周期性的變化,然后經(jīng)退火處理后可長期保存。相位掩膜板實(shí)際上為一塊特殊設(shè)計(jì)的光柵,其正負(fù)一級衍射光相交形成干涉條紋,這樣就在纖芯逐漸產(chǎn)生成光柵。光柵周期模板周期的二分之一。

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