光纤通信的端口和优缺点

一：通信的发展

早期烽火台通信，至17世纪中叶，人们发明了望远镜，它使得人们可以看得更远了。到1791年，法国人发明了灯信号，此后“灯语”通信在欧洲风靡一时。直到今天，信号灯、旗语、望远镜等目视光通信的手段仍在使用，但是这一切还是最原始的光通信，不能算作是

真正的光通信。

――1880年，美国电话发明家贝尔就已经研究并成功地发送与接收了光电话。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。

――1930年至1932年间，日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之间实现了3.6公里的光通信，但在大雾大雨天气里效果很差。第二次世界大战期间，光电话发展成为红外线电话，因为红外线肉眼看不见，更有利于保密。

――1854年，英国的廷德尔在英国皇家学会的一次演讲中指出，光线能够沿盛水的弯曲管道进行反射而传输，并用实验证实了这个想法。

――1927年，英国的贝尔德首次利用光全反射现象制成石英纤维可解析图像，并且获得了两项专利。

――1951年，荷兰和英国开始进行柔软纤维镜的研制。

――1953年，荷兰人范赫尔把一种折射率为1.47的塑料涂在玻璃纤维上，形成比玻璃纤维芯折射率低的套层，得到了光学绝缘的单根纤维。但由于塑料套层不均匀，光能量损失太大。

――1960年7月世界上第一台红宝石激光器出现了。1961年9月由中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功中国第一台红宝石激光器。

――20世纪60年代，有的实验室用氦——氖气体激光器做了传送电视信号和20路电话的实验。也有的公司制成了语言信道试验性通信系统，最大传输距离为600米。到80年代初激光通信已进入应用发展阶段。

――1966年英籍华人高锟博士首次明确提出利用光导纤维进行激光通信的设想，并为此获得了1979年5月由瑞士国王颁发的国际伊利申通信奖金。

――1968年，日本两家公司联合宣布研制成了一种新型无套层光纤，它能聚集和成像，称作聚焦纤维。同期，美国宣布制成液体纤维，它是利用石英毛细管充以高透明液构成的。这

两种光纤的光耗损很难降低，所以实用价值不大。

――1970年美国康宁公司用高纯石英生产出世界上第一根耗损率为每公里20分贝的套层光纤，开创了光纤通信的新篇章，使通信光纤研究跃进了一大步。一根光纤可以传输150万路电话和2万套电视。

――1976年日本在大孤附近的奈良县开始筹建世界上第一个完全用光缆实现光通信的实验区，到1978年7月已拥有300个用户。（实际上光通信系统使用的不是单根光导纤维，而是由许多光纤维聚集在一起组成的光缆。一根直径为1厘米的光缆，里面有近百根光导纤维。光缆和电缆一样可以架在空中，埋入地下，也可以铺设在海底，它的出现使激光通信进入实际应用阶段。）

1970年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变成可能，这立即引起了各国电信科技人员的重视，他们竞相进行研究和实验。1974年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（汽相沉积法），使光纤损耗降低到1分贝／公里；1977年，贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万小时（实用中10年左右）的半导体激光器，从而有了真正实用的激光器。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb／s。

进入实用阶段以后，光纤通信的应用发展极为迅速，应用的光纤通信系统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要是用多模光纤，应用光纤的短波长（850纳米）波段，。80年代以后逐渐改用长波长（1310纳米），光纤逐渐采用单模光纤，到90年代初，通信容量扩大了50倍，达到2.5Gb／s。进入90年代以后，传输波长又从1310纳米转向更长的1550纳米波长，并且开始使用光纤放大器、波分复用（WDM）技术等新技术。通信容量和中继距离继续成倍增长。广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线，成为通信线路的骨干。

二：光纤通信

光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。

光纤通信原理

光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．

三：光纤通信结构

该系统是以光纤为传输介质，以光为载波信号传递信息的通信系统，应用的光波波长为1.0～1.μm靘，整个系统由电端机、光端机、光缆和中继器构成。

四：未来发展

FTTH（光纤到家庭）是光纤通信进一步发展的方向，它被公认为理想的宽带接入网。目前，所谓宽带业务，大多是500kbps的影视节目。运营商为了充分利用铜线资源，采用ADSL技术就可提供，这使FTTH成为接入网主流的时间有所推迟。不久的将来，在HDTV 普及的情况下，ADSL不能满足要求，而先进的ADSL2+也许可满足1chHDTV/户。如果4chHDTV/户采用FTTH比较合理。在双向业务广泛应用的情况下，上下行不对称的ADSL 难以对应。目前，发达国家FTTH建设普遍开展，日本、韩国和美国比较发达，采用各种无源光网PON和以太网技术。中国的运营商和房地产开发商已对FTTH进行了试点。近来出

现了所谓的网络电视（IPTV），电信运营商提出IPTV的初衷是考虑到有计算机的人少而有电视机的人多。提出的IPTV是采用专用的机顶盒连接电视机可直接浏览电信网的内容，而不要计算机。IPTV具有常规电视并兼有点播和时移电视的功能，可能会取代常规电视。由于IPTV的发展，影响光纤接入网和FTTH的构建。另外，也产生电信运营商和广播运营商的利益冲突。尽管有限制发牌照政策以保护广播运营商，但大势所趋，不可阻挡。实际上，许多广播运营商也开始改造其广播网为数字双向，也具备了发展IPTV的功能。

五：光纤分类

1、光纤分类

光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模。多模光纤的纤芯直径为50或62.5μm，包层外径125μm，表示为50/125μm或62.5/125μm。单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外径125μm，表示为8.3/125μm。

光纤的工作波长有短波850nm、长波1310nm和1550nm。光纤损耗一般是随波长增加而减小，850nm的损耗一般为2.5dB/km,1.31μm的损耗一般为0.35dB/km，1.55μm 的损耗一般为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65μm以上的损耗趋向加大。由于OHˉ（水峰）的吸收作用，900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰，这两个范围未能充分利用。

2、多模光缆

多模光纤(Multi Mode Fiber) －芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

3、单模光缆

单模光纤(Single Mode Fiber)：中心纤芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

另外还有长波长低射散光纤(LMF)、保偏光纤(PMF)及塑料光纤(POF)等很多种；

后来发现在1310nm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1310nm 正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。

六通信端口

常用的有850nm，1310nm，1550nm三种，其中850nm为多模窗口，另外两种为单模窗口，每个窗口的色散系数都是不一样的。

光纤通信系统发展初期，采用的G．651光纤仅解决了“衰减”问题，其传输距离短、速率低、容量小。发展中期采用了G．652光纤。G．652光纤在1 310 nm波段上具有零色散(高带宽)、低衰减特点，解决了“带宽”问题。但在1 550 nm波段色散大约为18 ps

／(nm．km)，限制了其在1 550 nm波段传输宽带和传输距离。后来又研究开发出了在1 550 nm波长上兼有最低衰减和最大宽带的G．653光纤；开发了衰减极小的G．654光纤。G．654光纤是一种截止波长大于1 310 nm、专门用于1 550 nm波段(衰减最小窗口)的海底光纤通信系统用光纤。随着光纤通信技术的发展，在适应超高速、大容量、长距离传进网络的发展需要方面已不能满足要求，开发新型光纤已成为开发下一代网络的重要组成部分。由于光纤制造技术日趋完善，再加上器件和系统的飞速发展带来了光纤技术的发展，新开发出了满足高速率、大容量、远距离光纤通信的新型光纤，即非零色散光纤(G．655光纤)。

光纤的传输损耗和波长关系如下图所示：

由于LED光源价格较低，850nm、1300nm波长搭配多模光缆就成为组建小型网络的

首选，而激光光源1310nm、1550nm的波长和单模光缆可以构成大型网络的基础，如果单

模光缆可用窗口较多的话，波分复用技术（MDM）就会在一芯光纤上多波长光信号同时传

输实现超高速率的传输效果，这样可以最大限度的发挥单模光缆的潜力。在2芯电话线上通

过ADSL“猫”实现电话和网络同时使用，是因为语音和数据使用的不同的频率，波分复用技

术（MDM）技术原理和ADSL技术相类似，此技术一般应用于带宽要求较高的主干网等位置。

在智能建筑的应用中，光缆往往以能支持近距离的多模为主，例如多模光缆搭配能发射850nm或1300nm波长的LED光源，或者850nm波长的VCSEL激光器。单模应用于距离较长的建筑群系统中，单模光缆搭配能发射1310nm或1550nm波长的FP或者DFB激光器，这意味着目前大部分的光缆仅仅开了1个窗口而已。

七：光纤通信优缺点

光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点，同时，一些缺点也在改良之中。

1、光纤通信的优点

1.容许频带很宽，传输容量很大：光纤工作频率比目前电缆使用的工作频率高出8-9个数量级，因为光纤很细，外径只有125μm，一根光缆可以容纳几百根光纤，12×12＝144根带状光缆早已实现。这种方法使线路传输容量成百倍地增加。就单根光纤而言，采用波分复用（WDM）或光频分复用（OFDM）是增加光纤通信系统传输容量最有效的方法。另一发面，减小光源谱线宽度和采用外调制方式，也是增加传输容量的有效方法。

2.损耗低、中继距离长：光纤每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆的每公里衰减要低一个数量级以上。传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点，使光纤通信系统不仅适合于长途干线网，而且适合于接入网的使用，这也是降低每公里话路的系统造价的主要原因。

3.体积小、重量轻：同时有利于施工和运输。目前常用的光纤的纤芯直径只有几个微米，加上包层以后光纤的直径是125μm，比一根头发丝稍微粗一点。这样的光纤，500m长也不过0.05kg。采用这种又细又轻的光缆，不管是运输还是铺设线路，都很方便。

4.保密性能好：光纤中传送的光波被限制在光纤的纤芯和包层附近传送，很少会跑到光纤之外。即使在弯曲半径很小的位置，泄露光功率也是十分微弱的。并且成缆以后光纤的外面包有金属做的防潮层和橡胶材料的护套，这些均是不透光的，因此，泄漏到光缆外的光几乎没有。更何况长途长途光缆和中继光缆一般均埋于地下，所以光纤的保密性能好。

5.抗电磁干扰性能强：光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强。光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受普通高、低频电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光缆特别适合与存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤（复合）架空地线（OPGW，Optical Fiber Overhead Ground Wire）

是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。

6.节省有色金属和原材料：一般通信电缆要耗用大量的铜、铝或铅等有色金属。光纤本身是非金属，光纤通信的发展将为国家节约大量有色金属。另外，它还特别适合用在飞机和宇宙飞船上。

2、光纤通信的缺点

1.质地脆，机械强度差。

2.光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。

参考文献：1 王学东，史宏伟《光纤通信技术的发展》．哈尔凄工业太学通信技术研究所，黑龙江哈尔滨15000

2 毛谦《我国光纤通信技术发展的现状和前景》(武汉邮电科学研究院武汉

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3胡庆田增山姚玉坤《电信传输原理及应用》人民邮电出版社2009年9月

第一版