光通信發(fā)展及原理解析

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    隨著科技發(fā)展，人們生活方式在通信方面有了巨大的改變，從原來的無線電通信到有線通信，再到現(xiàn)在的光通信。光通信因為傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長等等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。那么光通信究竟是怎樣實現(xiàn)的呢?

　　歷史上光通信的第一次實現(xiàn)

　　通信史上，波波夫發(fā)送與接收第一封無線電報是在1896年，而以發(fā)明電話而著名的貝爾，在1876年發(fā)明了電話之后，就想到利用光來通電話的問題。1880年，他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實驗，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米。

光通信其實沒你想得那么難

　　光通電話實驗中，貝爾用弧光燈或者太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的震動片上。當(dāng)人對著話筒講話時，震動片隨著話音震動而使反射光的強(qiáng)弱隨著話音的強(qiáng)弱作相應(yīng)的變化，從而使話音信息“承載”在光波上(這個過程叫調(diào)制)。在接收端，裝有一個拋物面接收鏡，它把經(jīng)過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉(zhuǎn)換成電流(這個過程叫解調(diào))。電流送到聽筒，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。

　　然而，貝爾提出的光通信對于環(huán)境的要求比較高。傳播過程中，可靠持續(xù)的光源和穩(wěn)定的空氣介質(zhì)嚴(yán)重影響光信息的傳輸。真要用光來通信，必須要解決兩個最根本的問題：一是必須有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸媒質(zhì);另一個問題是必須要找到高強(qiáng)度的、可靠的光源。在此后的幾十年中，由于這兩項關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決，光通信就一直沒有了新的進(jìn)展。

　　實驗室巧合促進(jìn)光通信最重要器件出現(xiàn)

　　“光是沿直線傳播的”這個定律是早在十四世紀(jì)元代天文數(shù)學(xué)家趙友欽設(shè)計的小孔成像實驗就得到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿炞C。而1870年，英國物理學(xué)家廷德爾卻在實驗中觀察到了光沿著曲線傳播了。在一次實驗中，把光照射到盛水的容器內(nèi)，從出水口向外倒水時，光線也沿著水流傳播，出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，這好象不符合光只能直線傳播的定律。而且還發(fā)現(xiàn)光能沿著從酒桶中噴出的細(xì)酒流傳輸，光也順著彎曲的玻璃棒前進(jìn)。這是為什么呢?難道光線不再直進(jìn)了嗎?這些現(xiàn)象引起了丁達(dá)爾的注意，經(jīng)過他的研究，發(fā)現(xiàn)這是光的全反射作用，即由于水等介質(zhì)密度由于比周圍的物質(zhì)(如空氣)大，即光從水中射向空氣，當(dāng)入射角大于某一角度時，折射光線消失，全部光線都反射回水中。

　　后來人們造出一種透明度很高、粗細(xì)像蜘蛛絲一樣的玻璃絲，當(dāng)光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進(jìn)。這就有了光纖的雛形。隨后1966年，英籍、華裔學(xué)者高錕博士(K.C.Kao)在PIEE 雜志上發(fā)表論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性。從這以后光通信世界的大門被完全推開。

　　光通信原理

　　其實，光通信就是一種以光作為信息載體而實現(xiàn)通信的方式。目前由于科技局限，我們的信息主要是以電信號的方式存在，在實現(xiàn)光通信時，首先要將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖光纜傳輸后再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號應(yīng)用，達(dá)到信息傳遞的目的。

　　最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。

　　其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過信源編碼所得到的信號;光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，由于光波在不同光纖里傳輸是衰減不同的特性篩選傳輸光波，目前用過的光波窗口有0.85μm、1.31μm和1.55μm;光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等;光學(xué)接收機(jī)則用于接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號，最后得到對應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。

　　光通信現(xiàn)狀

　　基于光通信傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗低、中繼距離長等等優(yōu)點，未來傳輸網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)成為構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)，在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)完全實現(xiàn)“光纖傳輸代替銅線傳輸”。

　　其中，骨干網(wǎng)是對速度、距離和容量要求最高的一部分網(wǎng)絡(luò)，其基本思想是在過去的光傳輸網(wǎng)絡(luò)上引入智能控制平面，從而實現(xiàn)對資源的按需分配;而城域網(wǎng)將會成為運營商提供帶寬和業(yè)務(wù)和瓶頸，同時，城域網(wǎng)也將成為最大的市場機(jī)遇;對接入網(wǎng)來說，F(xiàn)TTH(光纖到戶)是一個長遠(yuǎn)的理想解決方案。FTTx的演進(jìn)路線將是逐漸將光纖向用戶推近的過程，即從FTTN(光纖到小區(qū))到FTTC(光纖到路邊)和FTTB(光纖到公寓小樓)乃至最后到FTTP(光纖到駐地)，當(dāng)然這將是一個很長的過渡時期。

　　骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)已經(jīng)基本實現(xiàn)了全光化，部分網(wǎng)絡(luò)發(fā)展較快的區(qū)域，也實現(xiàn)了部分的接入層的光進(jìn)銅退。

　　今天，光通信技術(shù)已經(jīng)很成熟，光纖通信已是各種通信網(wǎng)的主要傳輸方式，光纖通信在信息高速公路的建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色。我國在光通信方面，得益于三網(wǎng)融合、提速降費等一系列政策增加了光通信設(shè)備的大量需求，隨著寬帶中國戰(zhàn)略進(jìn)程的推進(jìn)，國內(nèi)三大電信運營商加快光網(wǎng)城市建設(shè)的步伐，我國光通信產(chǎn)業(yè)目前呈現(xiàn)出了高速增長的態(tài)勢。

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