光纤通信技术发展历程

大话光通讯
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光通信(Optical Communication)是以光波为载波的通信方式。

光通讯的历史可追溯到最早的三千多年前,烽火台通信满足奴隶制国家在政治军事方面对通信方面的需求。著名的通信事故是“烽火戏诸侯”,通过“烽火戏诸侯”这个典故人们初步了解烽火台通信的情况,它彰显通信的重要性。

大至君候小到黎民百姓都用到通信。“旗语、信号灯、望远镜、灯语"等利用大气来传播可见光,由人眼来接收信号。用这些原始通信手段来传递光信号,而后,贝尔发明的电话用日光作为光源,以话筒的薄膜随声音的振动来实现声光的调制,从而打开光纤通信的历史。

早期电话通讯做法是将日光发出的光束投射到薄膜上,该薄膜受声音的控制,并随声音的变化而改变光束的强弱。

光束被调制后成调制光信号,经大气传送到收发端,收发端用一个大型抛物面反射镜和硅光电池组成光电检测器,将接收到的携带有信息的光信号转换成光电流,再把光电流传送到听筒,听筒把光信号调制调解出来成声音。通过听筒发声。这就完成了光电通信。

光纤出现以前,靠空气传输造成声音损耗大,远距离传输效果不好。

《用于光频的光纤表面波导》论文的发表,科学地指引了通信的发展,被誉为是光纤通信的里程碑。该论文证明了用光纤作为传输介质可以实现光通信,并且可通过加强原材料的提纯、适当的掺入杂剂能把光纤的衰减系数降低到20dB/km以内,这在当时被认为是不可能的。因为当时的衰减系数为1000dB/km以上。

红宝石激光的发明解决了光源的障碍,实现了调制与传输的简易性。康宁公司随后制造出当时世界第一根超低耗光纤,达到了20dB/km,光纤通信业得到了实际性的突破。

1970年,贝尔实验室研制出世界上第一个在室温下连续工作、工作波长为0.85um的双异质结质注入式砷化镓铝半导体激光器,由于其体积小,易于与光纤耦合,为光纤通信找到了合适的光源器件。

随着技术的发展,性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在寿命达几十万小时的分布反馈式激光器(DFB-LD)以及多量子阱(MQW)激光器也相继研制成功。

光接收器件从硅光电二极管发展到量子效率达90%以上的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管。

自1970年以后,光纤损耗逐年降低。1990年实现功耗0.14dB/km,已经接近石英光纤的理论损耗极限值0.1dB/km。

正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展,以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理器技术的发展,带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从旧体制(PDH)到新体制(SDH)的迅猛发展。

1976年,美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统,码速率仅为45Mbit/s,中继距离为10km。

总之,从1970年到现在,光纤通信技术取得了极其惊人的进展。

光纤通信,利用光纤来传输携带信息的光波,以达到通信的目的。

如上图,随后出现的数字光纤通信系统由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。光发电机的作用是进行电/光转换,并把转换成的光脉冲信号码流入到光纤中进行传输,由LED和LD充当光源器件。

光纤完成了光波的传输。

光中继器补偿了光能的衰减,恢复信号脉冲的形状。

传统的光中继器是采用光-电-光的模式,通常把有再放大(re-amplifying)、再整形(reshaping)、再定时(re-timing)这三种功能的中继器成为“3R”中继器。这种过程繁琐,不利于光纤的高速传输。

自从掺铒光纤放大器问世以后,光中继实现了全光中继被成为“1R”中继器。

目前,光放大器已趋于成熟,它可作为1R中继器(仅仅是放大)代替3R中继器,构成全光通信系统。

然而,就目前的光纤通信而言,其实际应用仅是其潜在能力的2%左右,尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此,光纤通信技术将向更高水平、更高阶段发展。

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