1977年，美國西屋電氣公司在亞特蘭大成功地進(jìn)行了世界上第一個(gè)光纖通信的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)采用GaAlAs（鎵鋁砷）半導(dǎo)體激光器作光源，多模光纖作傳輸介質(zhì)，速率為44.736Mbit/s，傳輸110km。使光纖通信向?qū)嵱没~出了一步。

　　光纖通信作為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中，起著舉足輕重的作用，本章將概述國內(nèi)外光纖通信技術(shù)的歷史，現(xiàn)狀和前景。光纖即光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。光纖與以往的銅導(dǎo)線相比，具有損耗低，頻帶寬，無電磁感應(yīng)等傳輸特點(diǎn)。因此，人們希望將光纖作為靈活性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)的優(yōu)質(zhì)傳輸介質(zhì)，廣泛地應(yīng)用于數(shù)字傳輸方式和圖像通信方式中，這種通信方式在今后非話業(yè)務(wù)的發(fā)展中是不可缺少的。

　　由于光纖通信具有一系列優(yōu)異的特點(diǎn)，因此，光纖通信技術(shù)近幾年來發(fā)展速度之快，應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的�？梢哉f，這種新興技術(shù)，是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。又是未來信息社會(huì)中各種信息網(wǎng)的主要傳輸工具。光纖與以往的銅導(dǎo)線相比，有本質(zhì)的區(qū)別，因此，在傳輸理論，制造技術(shù)，連接方法，測(cè)試方法等方面，基本上都不能采用銅質(zhì)電纜的理論與方法。

　�。�1）光發(fā)信機(jī)：光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。

　�。�2）光收信機(jī)：光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測(cè)器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后，再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。

　�。�3）光纖或光纜：光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測(cè)器上去，完成傳送信息任務(wù)。

　　（4）中繼器：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖近行政性。

　�。�5）光纖連接器、耦合器等無源器件：由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存

　　在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì)光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

　　目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)都采用直接檢波系統(tǒng)。直接檢波系統(tǒng)就是在發(fā)送端直接把信號(hào)調(diào)制到光波上，而在接收端用光電檢波管直接把被調(diào)治的光波檢波為原信號(hào)的系統(tǒng)。電端機(jī)就是一般電信號(hào)設(shè)備，例如載波機(jī)或電視圖象發(fā)送與接受設(shè)備等。光端機(jī)則是把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)（發(fā)送光端機(jī)），或把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（接收光端機(jī)）的設(shè)備。發(fā)送光端機(jī)的作用是將發(fā)送的電信號(hào)進(jìn)行處理，加在半導(dǎo)體激光器上，使電信號(hào)調(diào)制光波，然后將此已調(diào)制光波送入光導(dǎo)纖維。已調(diào)制光波經(jīng)光導(dǎo)纖維傳送至接收光端機(jī)的半導(dǎo)體光電管上檢波。檢波后得到的電信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)處理再送接受電端機(jī)，然后按一般電信號(hào)處理。這就是整個(gè)光纖通信的過程。這個(gè)過程和一般無線電通信過程是十分相似的。當(dāng)然光線通信的空間傳輸手段是光導(dǎo)纖維，這與一般無線電通信在空間傳輸電波的情況是不同的。

　　直接檢波系統(tǒng)的基本優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡單，就當(dāng)前光波技術(shù)水平來講現(xiàn)實(shí)可行。同時(shí)由于光波頻率極高，在這樣系統(tǒng)上傳送上萬路電話，幾十路電視并不困難，完全可以滿足目前通信的需要。因此直接檢波系統(tǒng)是光纖通信當(dāng)前較多采用的形式。

光纖通信系統(tǒng)的組成

　　1、按波長分類：

　　短波長光纖通信系統(tǒng)，工作波長在0.8~0.9μm范圍，典型值為0.85μm，這種系統(tǒng)的中繼間距離較短，目前使用較少。

　　長波長光纖通信系統(tǒng)，工作波長在1.0~1.6μm范圍，通常采用1.3μm~1.5μm兩種波長。這類系統(tǒng)的中繼距離較長，尤其是采用1.5μm零色散位移的單模光纖時(shí)，140Mbit/s系統(tǒng)的中繼距離可達(dá)到100Km。

　　超長波長光纖通信系統(tǒng)，采用非石英光纖，例如鹵化物光纖，工作波長大于2μm時(shí)，衰減為10-2~10-5dB/Km，可實(shí)現(xiàn)1000Km無中繼傳輸。

　　2、按光纖的模式分類

　　多模光纖通信系統(tǒng)，采用石英多模梯度光纖作為傳輸線路，因傳輸頻率受限制，一般應(yīng)用于140Mbit/s以下的系統(tǒng)。

　　單模光纖通信系統(tǒng)，采用石英單模光纖作為傳輸線，傳輸容量大，距離長。目前建設(shè)的光纖通信系統(tǒng)都是這一類型的。

　　3、按光纖的傳輸型號(hào)分類

　　光纖模擬通信系統(tǒng)，它是用模擬信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的系統(tǒng)。

　　光纖數(shù)字系統(tǒng)，它是用PCM數(shù)字電信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的系統(tǒng)，其通信距離長，傳輸質(zhì)量高，是被廣泛采用的系統(tǒng)。

　　4、按傳輸速率分類

　　低速光纖通信系統(tǒng)，一般傳輸信號(hào)速率為2Mbit/S或8Mbit/S。

　　高速光纖通信系統(tǒng)，它的傳輸信號(hào)速率為34Mbit/S、140Mbit/S以上的系統(tǒng)。有時(shí)把速率等于140Mbit/S和高于140Mbit/S的系統(tǒng)才稱為高速通信系統(tǒng)。如1.5G/S,2.5G/S等。

　　5、按應(yīng)用范圍分類

　　公用光纖通信系統(tǒng)，電信部門應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)稱為公用光纖通信系統(tǒng)，它包括光纖市話中繼通信系統(tǒng)，光纖長途通信系統(tǒng)，光纖用戶環(huán)路通信系統(tǒng)等。

　　專用光纖通信系統(tǒng)，指電信部門以外的各部門應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)，例如電力、鐵路、交通、石油、廣播、銀行、軍事等應(yīng)用的部門，統(tǒng)稱為專用光纖通信系統(tǒng)。

　　光纖通信經(jīng)過30多年的發(fā)展，經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段，其中有三代光纖通信系統(tǒng)由試驗(yàn)研究已進(jìn)入了實(shí)用階段。

　　1、第一代光纖通信系統(tǒng)

　　1978年，第一代光纖通信系統(tǒng)，即0.85um多模光纖通信系統(tǒng)，正式投入商用，光源為半導(dǎo)體激光器（LD）或發(fā)光二極管（LED），工作波長λ=0.85μm，該光纖通信系統(tǒng)稱為短波通信系統(tǒng)。比特率為20Mb/s~100Mb/s，最大中繼距離為10Km，最大容量約為500（MB/S）Km。

　　2、第二代光纖通信系統(tǒng)

　　20世紀(jì)80年代初，第二代早期多模光纖通信系統(tǒng)（1.3um）多模光纖通信系統(tǒng)問世。光源為半導(dǎo)體激光器，工作波長λ＝1.3μm，該波段為石英系光纖第二代低損耗窗口，有較低的損耗和色散。信道均為均勻多模光纖。由于多模光纖的橫向色散，故該早期多模光纖的比特限制在100Mb/S以下。隨著光纖由多模光纖發(fā)展到單模光纖，單模光纖比多模光纖的色散系數(shù)更低，損耗更小，因此，采用單模光纖則可進(jìn)一步提高中繼距離。1981年，英國貝爾實(shí)驗(yàn)室演示了一個(gè)單模光纖通信系統(tǒng)，其傳輸距離為44Km，傳輸速率為2Gb/s，并且很快引入到商業(yè)系統(tǒng)。1987年第二代單模光纖通信系統(tǒng)（1.3μm）引入到商業(yè)系統(tǒng)，速率為1.7 Gb/s，中繼距離為50Km左右。

　　3、第三代光纖通信系統(tǒng)

　　1990年，第三代光纖通信系統(tǒng)已能商業(yè)應(yīng)用，光源為銦鐌砷磷半導(dǎo)體激光器，單模光纖工作波長為1.55um，稱為長波系統(tǒng)。1979年其損耗達(dá)到0.2dB/Km，是石英光纖的第三個(gè)低損耗工作窗口，由于在1.55um處，光纖的色散較高，損耗較小，終于在1990年第三代光纖通信系統(tǒng)引入商業(yè)系統(tǒng)。傳輸速率在2.4~2.5Gb/S，中繼距離可達(dá)100Km左右。另外，最近幾年，又將1.30um和1.55um合用，即單模光纖具有二個(gè)工作波長窗口，因此傳輸速率可達(dá)到10Gb/S,傳輸距離為100－200Km左右

　　4、第四代光纖通信系統(tǒng)

　　此代通信系統(tǒng)又稱相干光纖通信系統(tǒng)，它是利用激光的相干性，將無線通信中采用的“外差”或“容差”接收和先進(jìn)的調(diào)幅鍵控制，相移鍵控制，頻移鍵控制等應(yīng)用到光纖通信系統(tǒng)中，相干光纖系統(tǒng)已在實(shí)驗(yàn)室中得到成功，可用于長途骨干和綜合業(yè)務(wù)的數(shù)字網(wǎng)，日本已在1990年實(shí)現(xiàn)了2223KM的中繼距離。

　　5、第五代光纖通信系統(tǒng)

　　該代又稱光弧子通信系統(tǒng)，它是利用光纖的非線性進(jìn)行超大容量，超常距離的通信方式。光弧子（Soli ton），又稱光弧粒子，它是一種特殊的波，在經(jīng)過長距離傳輸后，仍保持波形不失真，而且，，即使兩側(cè)光弧子波相互碰撞后，依然保持各自原來的形狀不變�；∽拥母拍睿紫仍诹黧w力學(xué)中提到，早在1834年，英國一個(gè)科學(xué)家拉塞耳，發(fā)現(xiàn)一艘船在狹窄的蘇格蘭運(yùn)河中快速行進(jìn)，當(dāng)突然停止時(shí)，船頭發(fā)現(xiàn)了一股水柱滾滾向前，水柱形狀不變，當(dāng)它和其它幅度較低速度的波相遇時(shí)，這個(gè)波可以不失真地穿過。于是，它首先引進(jìn)了弧子這個(gè)概念來描述這個(gè)現(xiàn)象。

　　光弧子是一種非常窄，并具有很強(qiáng)地光脈沖。光弧子的存在是光纖速度色和自位調(diào)制平衡的結(jié)果，它的產(chǎn)生是由于在單模光纖中，當(dāng)光的強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，將出現(xiàn)非線性效應(yīng)。光弧子脈沖很窄，達(dá)0.2ps，因此，可實(shí)現(xiàn)大容量長距離的通信。

　　先后由美國、英國、日本等國家試驗(yàn)，到1995年試驗(yàn)可以達(dá)到8100Km(20Gb/S)、40Gb/S，可達(dá)5000Km。

　　光弧子通信是一種潛在應(yīng)用前景的傳輸方式，能否迅速實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，取決于技術(shù)發(fā)展和市場的需求及其經(jīng)濟(jì)性。

　　全光交換機(jī)、微型光纖等也相繼在研究和試驗(yàn)中。

　　30余年來，光纖通信獲得了迅猛地發(fā)展，對(duì)通信技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，光纖通信技術(shù)已成為信息社會(huì)的支柱，已成為信息“高速公路”的骨干網(wǎng)，是用戶、接入網(wǎng)及今后世界通信發(fā)展的主體。目前，光纖技術(shù)，大量的理論研究正在研究中，未來前景可觀，可以講是通信領(lǐng)域的第二次革命。