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光纤通信技术及运用

光纤通信技术及运用摘要: 【摘要】随着现代信息化的发展,人们对于网络通信的要求越来越高,传统的数字通信、卫星通信等已无法满足要求。近些年来光纤通信逐渐成为主流的通信技术,它是通过光波利用光电转化来传播信息的一种方法,其特点是容…

【摘要】随着现代信息化的发展,人们对于网络通信的要求越来越高,传统的数字通信、卫星通信等已无法满足要求。近些年来光纤通信逐渐成为主流的通信技术,它是通过光波利用光电转化来传播信息的一种方法,其特点是容量大、速度高且保密性很强,而且不会像卫星通信那样容易受到外界信号的干扰,目前我国的因特网接入基本上实现了光纤通信,在大部分科研生产领域也已实现了光纤通信覆盖,随着现代人工智能、大数据等潮流的来临,光纤通信将会发挥更大作用。本文主要介绍了光纤通信技术及其发展和应用状况。

【关键词】光纤通信;光波;网络;应用

1光纤通信概述

光纤通信是指以光作为载体,利用光纤作为媒介进行信息传输的通信技术。1966年高琨博士发表了一篇论文,提出光学纤维可以作为信息传输媒介,由此开创了光纤通信的研究。但是在当时玻璃丝的损失太大,以至于人们普遍不相信利用光纤可以通信。美国BELL实验室与康宁公司合作,研制了3根损失为20dB/km的光纤,因为他们相信由于光的频率和带宽是电信号的千万倍,因此理论上它是可以用来进行高质量通信的,然而当时由于光源及其它因素的影响,光纤并没有能给人们惊喜,直到后来美国研制出通信激光器,人们才体会到光纤通信的巨大优势,光纤通信瞬间取代了传统的电子通信,成为风靡全球的通信技术。相较于其它通信手段,光纤通信最大的优势在于其介质是光,这种载体本身的优势使得光纤通信异常优越,主要是频带非常之宽且损耗较低、保密性很强且抗干扰能力强、容量大且速度极快。光作为传播介质,相比电来说其损耗非常低,而光自身的频带也比电宽许多倍,这使得光纤通信具备第一个优势;其次因为光纤通信是在光导结构之中的,而泄露的少数射线也会被包裹层吸收,所以光纤通信的保密性和抗干扰能力都远强于电;另外由于光纤的体积非常小但是光可携带的信息量很大,这使得光纤通信传输速度快且容量大。我国光纤通信发展也较早,在20世纪70、80年代,武汉和北京两地的邮电科学研究院已经开始了研究,由赵梓森牵头的光纤通信事业获得了很大成就,甚至超过欧洲一些国家,为我国的光纤通信事业打下了坚实的基础。到20世纪80、90年代,我国的光缆长度已达250万km,但此时还不能直接使用在今日司空见惯的生活中,近一二十年来,随着经济的发展,我国计算机和信息技术得到了巨大程度的普及,由此带动了光纤通信的发展,目前已经基本实现了全国的光纤通信式有线网络接入,使我国进入了网络国家的行列[1]。

2光纤通信技术应用

对光纤通信技术来说,主要的细节技术在于光纤光缆、光交换、光源器件以及光网络等。对于光纤光缆来说,我们一般考察它的通信光纤与特种光纤,近些年来随着新的光波段的发现,光谱范围基本扩大了30%左右,沿着这种趋势发展,未来的光纤通信在速度和容量上将获得质的飞跃。另外特种光纤现在也在研制之中,其中比较有前景的如有源光纤、光纤光栅、多芯单模光纤等,有源光纤是指渗入稀土离子的光纤,稀土离子的作用在于构成激光活性物质,以此制造光纤放大器,光纤放大器是光弧子传输的关键一环,有了它,光弧子才能实现超远距离的传输。光纤光栅是指利用紫外线照射,从而在光纤芯内部产生周期性的折射率变化的光纤,其目的是为了生成光栅,光栅是一种常用的选择频率的器件,利用它可以制成多种器件。多芯单模光纤是指将多根光纤用一个外包层包裹起来,但内包裹层又是单独的一种光纤,这种特种光纤的特点是成本很低,基本只有常用光纤的一半,它的目的在于大批量的建设光纤网络,目前已经在实际中广泛应用[2]。对于光纤通信技术的应用来说,常见的有波分复用技术、用户接入技术以及光联网技术等。波分复用的原理是根据光波的频率将其分类,然后以光波为信号的载体,利用光合波器对其进行合并,这样可以将不同波长的光波在一条光线路中传输,从而使得光波可以忽略波长区别而统一传输,这种方法对于工程应用特别重要,目前各个电信公司都广泛采用这种技术来整合信息传输,而对于不同的用户也有针对性的服务,整体成本也较低,因此这种方法已经成为现代光纤通信技术中重要的一部分。用户接入是指利用光纤通信来接入互联网至用户,在电子通信时代,网络接入一般是依靠电话线等实现,而这种方式传输网络速度很慢,而且接入用户数量也较小,无法满足人们的需求。随着近些年来信息技术和计算机技术的发展,人们对于网络的需求越来越高,而光纤通信技术则为其提供了有力的保障,21世纪以来,我国就开始大量推广光纤通信技术,到近几年,基本上实现了全国范围内的光纤网络接入,给人们的生活带来了巨大的便利。光联网技术是指通过光纤通信技术将用户的信息进行共享,这是建立在上述光波复用基础之上的,其实光联网技术本质上仍是一种网络技术,而其实现手段是光纤通信。在传统的电子传输式互联网中,受到传输速度和传输体量的影响,要实现用户实时共享信息是非常困难的,而光纤通信技术由于其出色的传输表现则可以实现这个目标,首先高速的信息传输使得大部分地区的信号延迟降低,有的地方甚至为零延迟,从而在较大范围内实现了信息的共享[3]。众所周知,我国幅员辽阔,实现大范围内的信息通信共享是具有重要意义的,近些年来基于光纤通信技术的光联网技术大大加强了各个地区之间的连接,也为人工智能等新兴技术奠定了网络基础。

3光纤通信技术特点

光纤通信技术相较其它通信手段来说特点鲜明,首先是其传输速度快且传输体量大,其次是损耗很低且传输距离长,还包括其抗干扰能力强等。因为我们知道光的频带远远超过电,这使得光纤通信的容量非常之大,且由于光纤自身的体积非常小,相比其它介质来说质量也较轻,因此光纤比较容易铺设,在有限的空间中可布置的光纤数量比较多,这些特性使得光纤通信技术传输速度快且体量大,而且对空间的要求也比较小,能很好地满足当今有线通信的要求。其次利用光作为媒介进行信息传输的损耗非常小,这主要得益于光信号的衰减很小,石英系统的损耗光纤相较其它媒介其损耗已经很低,而在研究中的非石英系统超低损耗光纤则会实现更低的损耗,这会极大地节省成本。除此之外,因为一般的光纤管线是由石英材料制造的,而石英本身是一种绝缘材料,因此光纤通信也附带了一定的绝缘性,这使得其在传输信息过程中很少会受到为外界信号的干扰,且基于石英材料的光纤线路也不会轻易因为电离层而受到损害,所以光纤的线路与常见的高压线路一起架设是可行的,石英材料本身也不惧怕腐蚀,而且还能很好地抵御雷电、太阳光等外界干扰,这很大程度上加快了通信的发展。另一方面,传统的电波传输信息时,会受到由于电磁波的泄露而产生问题,但是在光纤传输过程中,光波导结构可以将光信号很好地限制在管路中,而少数泄露的射线也会被环绕于光纤之上的材料所吸收,因此一般情况下不会发生泄露。通过上述分析我们可以得知光纤通信的诸多优势,但是也应该注意到它本身也有一定的缺陷,首先就是它容易受到色散特性的影响,这主要是因为光纤传输过程中是以不同频率和模式来实现的吗,而这会使得信号出现失真现象,此时传输至终点的信号会与预期有所差别。

4光纤通信技术发展前景

虽然光纤通信技术已经成为主流通信技术,且其优势也已经得到广泛承认,但是随着现代智能的发展,人们对通信的要求越来越高,对于光纤通信来说,人们希望其能实现以下目标。首先是超大容量和超远距离传输,因为人工智能与大数据技术都需要可靠的通信来配合,尤其是大容量与高速度的通信手段,在移动通信领域,5G技术已经准备商用,而有线通信上,我们期待光纤通信能取得新的突破。其次是实现光弧子通信技术,光弧子自身具有大容量、抗干扰能力强等优势,而且它可以实现远距离的传输,因此具有非常高的研究价值,我们希望未来它能取得新的成就[4]。另外就是全光网的实现,这是一种超高质量的通信手段,即通信信息以光形式传播和交换,从信息的来源到各个节点都是在光域中进行,这一目标的实现将会革命性地改变光纤通信。综合来说,光纤通信现在已经取得了巨大的成就,然而随着现代科技发展的速度越来越快,我们希望光纤通信技术也能与时俱进,取得新的成绩。

参考文献

[1]赵梓森.中国光纤通信发展的回顾[C].光纤发明50周年,2016,32(5):5-9.

[2]覃星程.浅谈光纤通信技术[J].通讯技术,2018(10):33-34.

[3]王学东,史宏伟.光纤通信技术的发展[J].黑龙江电力,2002,24(1):43-45.

[4]魏春来.现代光纤通信传输技术及应用[J].通信设计与应用,2018(10):75-77.

作者:李可 单位:岳阳市十五中

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作者: 论文库

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