什么是電(diàn)缆的光纤通信及其发展？
2022-01-05 09:24:35 | 来自: 青岛汉河電(diàn)缆销售公司 | 浏览次数:
光纤通信是以激光為(wèi)光源,以光纤為(wèi)传输媒质的通信方式。即把要传输的電(diàn)话、電(diàn)报、图像和数据等電(diàn)信号先转变成光信号,再由光纤进行传输，在光纤另一端进行光電(diàn)转换。激光是-种谱線(xiàn)很(hěn)窄方向性极好、频率和相位都一致的相干光。
利用(yòng)光来传输信息,历史非常久遠(yuǎn)。例如中國(guó)古代的峰火台、航海用(yòng)的灯塔、及旗语等。这种古老的方式受到许多(duō)现实条件的约束，如对气象及地形条件的苛求，且传输速度及传输信息的容量都非常有(yǒu)限。在1790年左右，法國(guó)发明建立了一个光電(diàn)报系统。利用(yòng)带有(yǒu)可(kě)活动信号臂的塔来传输信息。该系统可(kě)在15分(fēn)钟内将信号传输200km,成為(wèi)当时最為(wèi)有(yǒu)效和先进的传输方式。
1880年,美國(guó)贝尔发明了利用(yòng)光波作载波传输话音信息的“光電(diàn)话”。其原理(lǐ)是:利用(yòng)太阳光或弧光灯作光源,光線(xiàn)通过透镜聚焦在振动镜片上，当人对话简说话时，振动镜片随话音振动，使反射光随话音的变化而变化,反射光為(wèi)话音所调制，传输到接受端的光波就是已调光波。接受端设有(yǒu)抛物(wù)面反射镜,把经空气传输的已调光波反射到硅片，硅片将光转换為(wèi)電(diàn)流送达受话器，就此完成了系统的传输。此系统以光作為(wèi)载波,但由于光源是自然光,谱線(xiàn)宽、方向性差，且利用(yòng)空气作传输媒质，系统稳定性极差,传输距离只能(néng)达到几百米。虽然此系统没有(yǒu)实际应用(yòng)，但证实了光作為(wèi)载波传输信息方式的可(kě)行性。在光電(diàn)话发明之前, 1870年,英國(guó)的John Tyndall用(yòng)实验说明光可(kě)以在水中传输,实验系统利用(yòng)了当代光纤传输的内部全反射原理(lǐ)。至此人类完成了光调试、光传导的初步实验。在1934年，美國(guó)的Norman. R. French获得了光電(diàn)话系统专利。专利描述了光缆网络的工作原理(lǐ)。该光缆由固體(tǐ)玻璃棒或类似材料构成，在其工作波長(cháng)上的衰减系数应很(hěn)小(xiǎo)。此项专利的产生标志(zhì)着光调试、光传导实验到网络组建,传输介质的选定,光纤通信已接近实际应用(yòng)。1960年,美國(guó)的Maiman发明了第一个红宝石激光器。此激光器产生的激光,谱線(xiàn)很(hěn)窄、方向性好,亮度极高，是频率和相位都一-致的相千光,成為(wèi)理(lǐ)想的光载波。Maiman的发明使光通信进人了一个崭新(xīn)的阶段。此后,氦氖激光器、CO2激光器的产生都為(wèi)光通信的发展奠定了基础。激光器的产生,解决了光载波的问题,下面要解决的是传输受气候条件的影响，能(néng)量损失严重。人们把光传输转人地下，进行了光波地下传输的各种试验，这就是透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。经过大量研究和实践后发现，这种传输方式在实际应用(yòng)中将会遇到许多(duō)无法克服的困难。寻找理(lǐ)想的传输介质，人们开始就想到了玻璃纤维,但当时玻璃纤维的传输损耗太大,直到1965年,其值仍在1000dB/ km左右,因而一直被认為(wèi)不可(kě)能(néng)用(yòng)于光通信。1966年,在光波通信因传输介质问题而出现低潮的时候，在英國(guó)電(diàn)信工作的英籍华人高锟博士(90年代已回到香港工作)对光通信作出了大胆设想，提出了光纤通信的概念。他(tā)认為(wèi),電(diàn)可(kě)以沿着导電(diàn)的金属导線(xiàn)遠(yuǎn)距离传输,光也能(néng)沿着低损耗玻璃遠(yuǎn)距离传输;消除玻璃中的各种杂质,做出有(yǒu)实用(yòng)价值的低衰耗光纤是完全可(kě)能(néng)的;提出如果光纤衰耗能(néng)降到20dB/km以下，就可(kě)能(néng)应用(yòng)于通信;并提出光纤的衰耗為(wèi)20dB/km的要求还遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的机理(lǐ)所确定的损耗极限。于是许多(duō)國(guó)家又(yòu)开始着手这方面的研究工作。
1970年美國(guó)康宁公司经过反复研究和实验，终于研制成功了衰减為(wèi)20dB/ km的石英光纤。该光纤直径很(hěn)小(xiǎo),只有(yǒu)人的发丝那么细,且柔软可(kě)挠。它的出现既克服了地下透镜或反射镜波导存在的问题,又(yòu)避免了大气对光波导的干扰，因而成了一种理(lǐ)想的传输介质,证实了四年前高锟博士的设想。从此光纤成了未来光通信大有(yǒu)希望的理(lǐ)想传输介质,高锟也被世人尊為(wèi)“光纤之父”。1972年康宁又(yòu)把光纤的衰耗降到4dB/km。1973 年贝尔实验室发明的MCVD(改进的汽相沉积)法制造光纤,使光纤的衰耗降到1dB/km。就在光纤作為(wèi)光通信的传输媒质有(yǒu)了重大突破的同一年(1970年),美國(guó)贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的半导體(tǐ)(GaAlAs)激光器。与气體(tǐ)激光器相比,半导體(tǐ)激光器體(tǐ)积小(xiǎo)，耗電(diàn)少,又(yòu)能(néng)直接用(yòng)電(diàn)流调制,使用(yòng)极為(wèi)方便,為(wèi)光纤通信找到了合适的光源。但是,初期的半导體(tǐ)激光器寿命很(hěn)短,只有(yǒu)几个小(xiǎo)时。此后,各國(guó)不懈努力,各种实用(yòng)的激光器相继问世。1976 年日本NTT和美國(guó)麻省理(lǐ)工學(xué)院又(yòu)研制出InGaAsP長(cháng)波長(cháng)激光器。1977年贝尔实验室研制成功了室温下寿命為(wèi)100万小(xiǎo)时的GaAlAs激光器，為(wèi)光纤通信的商(shāng)用(yòng)化奠定了基础。
1976年美國(guó)首先在亚特兰大成功地进行了44. 736Mb/ s传输10km的光纤通信系统现场试验,使光纤通信向实用(yòng)化迈出了第一步。到1980年,多(duō)模光纤通信系统已经投人商(shāng)用(yòng),单模光纤通信系统也进入了现场试验。以后光纤通信在全世界就飞速发展起来。1990年底，全世界已建成1600万公里光纤線(xiàn)路,其中美國(guó)724万公里,日本161万公里,英國(guó)100万公里。此时光纤通信、卫星通信和微波通信并列為(wèi)当代三种主要通信手段。1992年底全世界敷设光纤4420万公里,其中海底光缆已达70.4万公里。1999 年,全世界使用(yòng)光纤7000万公里,其中長(cháng)途光缆占23%,海底光缆占2%,城域网和接人网光缆占70% ,用(yòng)户光缆占5%。G. 655光纤(非零色散位移光纤)、DWDM(密集波分(fēn)复用(yòng))技术、EDFA(掺铒光纤放大器)光器件等一系列先进技术已大量用(yòng)于長(cháng)途通信系统，系统传输速率已达10Gb/ s(STM- -64),更高容量试验系统层出不穷,日新(xīn)月异。全世界都达到一个共识，传输质量最好,传输频带最宽的光纤通信是当今信息高速公路的最佳选择。
