光纤通信技术[转帖]

前田庆次

　　——光纤通信虽为人们提供了过去难以想象的巨大通信容量和超高速率，但它的巨大潜力却远远没有发挥。现在大家实际上只利用了光纤巨大潜力的1/1000。可以说，光纤通信的技术还正方兴未艾。这里先容几种重点开发的新技术。
　　——液分复用技术-目前光纤通信可利用的频谱范围还有很大一部分尚未开发利用，而光电器件的速率已经大约是电子电路的4～5倍。要想进一步扩大传输容量，采用“光复用”的方式是唯一的出路。“光复用”就是在光域上用复用的方式来进一步提高传输容量。波分复用（WDM）技术就是光复用中最有前景的一种方式。
　　——什么叫波分复用？所谓波分复用就是让不同波长的光信号同在一根光纤上传输而互不干扰。因为目前光通信的光源在光通信的“窗口”上只占用了很窄的一部分，还有很大的范围没有利用。如果利用多个波长适当错开的光源同时在一根光纤上传送各自携带的信息，就可以增加所传输的信息容量。由于是用不同的波长传送各自的信息，因此即使在同一根光纤上也不会相互干扰。在接收端转换成电信号时，可以独立地保持每一个不同波长的光源所传送的信息。这种方式就叫做“波分复用”。如果在光纤的工作窗口上安排100个波长不同的光源，同时在一根光纤上传送各自携带的信息，就能使现在的光纤通信系统的容量提高100倍。
　　——光纤放大器 由于光信号在光纤中传输时要受到损耗，因此每隔几十千米，就要设置一个“再生中继器”。这些再生中继器是先把光信号转换为电信号进行放大，然后再转换成光信号，使放大了的光信号继续沿光纤线路传送。然而这种方式每次都要经过光变电和电变光两次变换，很麻烦；而且随着光纤通信系统传输容量的增大，需要速率极高的电子器件，这也是很难解决的问题。
　　——能否去掉这种复杂的光电转换过程，直接在光纤线路上对光信号进行放大，也就是用一个全光方式的放大器来代替现在的这种光-电--光型的再生中继器，发明一种性能优良的“光纤放大器”呢？人们研究了多种光放大器，其中已经获得成功的是“掺饵光纤放大器（简称EDFA）”。1985年英国南安普顿大学首先研制了这种掺饵光纤放大器。1989年以后，掺饵光纤放大器的研究工作不断出现重大突破，到90年代初，已经有产品出售。掺饵光纤放大器是由掺饵光纤、泵浦激光器和波分复用器组成的。
　　——掺饵光纤放大器是利用在光纤中掺杂了稀土元素饵来实现光放大的。当用高能量的泵浦激光器激励掺饵光纤时，饵离子会发出频谱很宽的荧光带，这时光信号通过掺饵光纤时，荧光带的能量会转移到信号光上，使信号光得到增强和放大。
　　——掺饵光纤放大器的研制成功，使进入90年代的光纤通信容量又提高了一个数量级。随着技术的发展和改进，掺饵光纤放大器必将渗透到光纤通信的各个领域，从而使光纤通信从发送端到接收端可以实现“全光传输”。这是光纤通信发展史的一个新的里程碑。
　　——光孤子通信 什么叫“光孤子”？光孤子是一种能在光纤中传播的长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。利用光孤子特性可以实现超长距离、超大容量的光通信。
　　——光纤通信中，限制传输距离和传输容量的主要原因是“损耗”和“色散”。“损耗”使光信号在传输时能量不断减弱；而“色散”则是使光信号的脉冲在传输中逐渐展宽，从而使信号畸变失真。现在随着光纤制造技术的发展，光纤的损耗已经降低到接近理论极限值的程度，色散问题就成为实现超长距离和超大容量光纤通信的主要问题。
　　——光纤的色散是使光信号的脉冲展宽，而光纤中还有一种非线性的特性，这种特性会使光信号的脉冲产生压缩效应。光纤的非线性特性在光的强度变化时使频率发生变化，从而使传播速度变化。在光纤中这种变化使光脉冲后沿的频率变高、传播速度变快；而前沿的频率变低、传播速度变慢。这就造成脉冲后沿比前沿运动快，从而使脉冲受到压缩变窄。
　　——如果有办法使光脉冲变宽和变窄这两种效应正好互相抵消，光脉冲就会像一个一个孤立的粒子那样形成光孤子，能在光纤传输中保持不变，实现超长距离、超大容量的通信。从光孤子传输理论分析，利用光孤子进行通信，其传输容量极大，可以说是几乎没有限制。传输速率将可能高达每秒106兆比特。如此高速将意味着世界上最大的图书馆--美国国会图书馆的全部藏书，只需要100秒就可以全部传送完毕。由此可见，光孤子通信的能力何等巨大。
　　——光通信以光代电不仅是信息传输手段的变化，也是电信史上的一场深刻的革命。光纤通信已经成为现代信息社会的坚实基础，并将继续推动社会的进步和发展