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光纖通信系統(tǒng)簡(jiǎn)述
近現(xiàn)代光通信的真實(shí)發(fā)展趨勢(shì)則僅僅近三四十年的事，在其中起主導(dǎo)地位的是激光發(fā)生器和光纖的問(wèn)世。最先是1960年Maiman創(chuàng)造發(fā)明了紅寶石激光器，激光發(fā)生器造成的強(qiáng)相干光為當(dāng)代光通信出示了靠譜的燈源。這類(lèi)單光波長(zhǎng)的激光器具備一般電磁波相同的特點(diǎn)，可對(duì)其解調(diào)而帶上信息內(nèi)容。運(yùn)用激光器的初期光通信都是根據(jù)空氣傳送的。但迅速發(fā)覺(jué)，很多要素如霧、雨、云，乃至二隊(duì)不經(jīng)意掠過(guò)的鳥(niǎo)，都是干撓納米的散播，因此只有作短路線(xiàn)通信用c顯而易見(jiàn)，必須這種像頻射或微波通信的電纜線(xiàn)或光波導(dǎo)入的那般的納米通訊傳輸線(xiàn)，以擺脫這種影響，保持信息內(nèi)容的遠(yuǎn)距離平穩(wěn)傳送。
1965年，E.Miller報(bào)道了出金屬材料中空管外一連串鏡片組成的鏡片光光波導(dǎo)入的.可防止空氣傳送的缺陷，但田其構(gòu)造太繁雜且精密度規(guī)定太高而不可以好用。而與此同時(shí)，光導(dǎo)纖維的科學(xué)研究已經(jīng)扎扎實(shí)實(shí)開(kāi)展。早就在1951年就創(chuàng)造發(fā)明了診療用玻纖，但這類(lèi)初期的光導(dǎo)纖維耗損很大(超過(guò)1000dB/km)，也不可以做為光通信的傳送媒質(zhì).1966年，C.K.Kao和G.A.Hockman發(fā)布了對(duì)光纖通信發(fā)展趨勢(shì)具備歷史時(shí)間實(shí)際意義的知名畢業(yè)論文。她們?cè)谄饰隽藢?dǎo)致光纖傳輸耗損高的關(guān)鍵緣故后強(qiáng)調(diào)，如能徹底去除夾層玻璃中的殘?jiān)?，耗損就可降至20dB/km——等于同軸線(xiàn)的水準(zhǔn)，那麼，光纖就能用來(lái)開(kāi)展光通信。在這類(lèi)預(yù)期的鼓動(dòng)下，Corning企業(yè)總算在1970年制成了20dB/km耗損的光纖，進(jìn)而為光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)攤平了路面。對(duì)光纖譜特點(diǎn)的科學(xué)研究發(fā)覺(jué)，它有3個(gè)低損耗的傳送對(duì)話(huà)框，即850nm的短光波長(zhǎng)對(duì)話(huà)框和1300nm、1500nm的長(zhǎng)光波長(zhǎng)對(duì)話(huà)框。然后，隨之新的生產(chǎn)制造方式的出現(xiàn)及技術(shù)水平的不斷提升，光纖耗損持續(xù)減少。到1979年，單模光纖在1550nm光波長(zhǎng)的耗損已降至0.2dB/km，貼近方解石光纖的基礎(chǔ)理論耗損極限。
并且納米頻率高，光纖的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源亦非常豐厚，是一切別的傳送媒質(zhì)無(wú)可比擬的。能夠 那樣說(shuō)，光纖是通訊工作人員可望不可及的理想化傳送媒質(zhì)，有幾近極致的質(zhì)量：
基本上是無(wú)限的網(wǎng)絡(luò)帶寬;
基本上是零的耗損：
基本上為零的數(shù)據(jù)信號(hào)失幀
基本上為零的輸出功率耗費(fèi)
基本上為零的原材料耗費(fèi)
基本上為零的占據(jù)室內(nèi)空間
基本上為零的價(jià)錢(qián)。
因而，光纖是信息高速公路基本，開(kāi)辟現(xiàn)如今信息革命的新世界。
在光纖耗損持續(xù)減少的同時(shí)，燈源科學(xué)研究的進(jìn)度亦十分迅速。1962年，GaAs半導(dǎo)體材料激光二極管(LD)面世，代表當(dāng)代光通信擁有小容積的髙速燈源。GaAs-LD的發(fā)射點(diǎn)光波長(zhǎng)為870nm，在夾雜鋁右移來(lái)到光纖的短光波長(zhǎng)低損耗對(duì)話(huà)框。之后，GaAs-LD又保持了室內(nèi)溫度長(zhǎng)期工作中。運(yùn)用四元系鋁合金InGaAsP生產(chǎn)制造出了1300nm及1550 nm的LD燈源。因?yàn)長(zhǎng)D 價(jià)格昂貴，合適光纖通信的亮度高LED也研發(fā)了出去。那樣，隨之合乎光纖傳輸規(guī)定，各種各樣光波長(zhǎng)、效率高、壽命長(zhǎng)、高速率半導(dǎo)體材料燈源的研制，光纖通信的產(chǎn)品化及大發(fā)展趨勢(shì)已成順理成章。 LD輸出進(jìn)到單模光纖的輸出功率約為1mW。在光纖通信中又常見(jiàn)dBm做為功率單位，它要以1mW為標(biāo)準(zhǔn)、用dB表達(dá)的相對(duì)性輸出功率尺寸。
除此之外，在光接收機(jī)的科學(xué)研究層面，各種各樣光波長(zhǎng)范疇的效率高、高速率半導(dǎo)體材料光電轉(zhuǎn)換器件(如APD、PIN)也相繼面世。1973年，S.D.Personick發(fā)布了相關(guān)PCM大數(shù)字光接收機(jī)剖析的畢業(yè)論文，處理了當(dāng)代光纖通信系統(tǒng)中光接收機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)思難題。大數(shù)字接收機(jī)的敏感度是很高的，如2.5Gb/s的信早時(shí)達(dá)到-30 dBm(1微瓦)。那未針對(duì)好像不大的1mW推送輸出功率，光纖耗損為0.2dB/km時(shí)，僅從耗損來(lái)講的傳送間距就達(dá)到100km左右。
除此之外，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件運(yùn)用的必須，各種各樣光無(wú)動(dòng)能(如光纖主題活動(dòng)聯(lián)接據(jù)、光衰減器、光波分復(fù)用器、信號(hào)隔離器及分路器等)及專(zhuān)用型實(shí)驗(yàn)儀器(如光纖嫁接機(jī)、時(shí)域反射面計(jì)、光功率計(jì)等)也相繼配套設(shè)施商業(yè)。
1974年上下，很多國(guó)家開(kāi)展了各種各樣房間內(nèi)的光纖通信傳送試驗(yàn)，1976年之后出現(xiàn)了各種各樣好用的光纖通信系統(tǒng),1980年美國(guó)電報(bào)電話(huà)公司的45Mb/s光纖通信系統(tǒng)FT-3保持商業(yè)。從20新世紀(jì)80時(shí)代起進(jìn)到了光纖通信髙速發(fā)展趨勢(shì)的時(shí)期，親身經(jīng)歷了從短光波長(zhǎng)到長(zhǎng)光波長(zhǎng)、從多模光纖到單模光纖、從低速度到高速率的發(fā)展趨勢(shì)全過(guò)程。迄今，商業(yè)光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)已親身經(jīng)歷第四代，即850nm光波長(zhǎng)多模光纖的第1代系統(tǒng)軟件(1980-)、1300nm光波長(zhǎng)單模光纖的第2代系統(tǒng)軟件(1983-)、1550nm單模光纖單頻激光發(fā)生器的三代系統(tǒng)軟件(199l-)及選用光放大儀的四代系統(tǒng)軟件(1995-)。全球已鋪裝的光纜全長(zhǎng)達(dá)幾干萬(wàn)多公里，在我國(guó)亦鋪裝了數(shù)萬(wàn)千米，產(chǎn)生了覆蓋全國(guó)、全球的陸上及深海光纖網(wǎng)。從2.5-10Gb/s的系統(tǒng)軟件均已產(chǎn)品化并很多運(yùn)用，40Gb/s的快速光纖通信技術(shù)進(jìn)度亦十分迅速。圖為通訊系統(tǒng)容積的發(fā)展趨勢(shì)圖，看得見(jiàn)只能選用了光纖通信后才保持指數(shù)值式的提高。
以便充分運(yùn)用光纖的網(wǎng)絡(luò)帶寬發(fā)展?jié)摿?，擺脫光纖耗損及色折的影響、增加中繼間距、擴(kuò)張傳送容積及控制成本，始終是光纖通信的發(fā)展規(guī)劃。各種各樣光纖通信新技術(shù)應(yīng)用持續(xù)出現(xiàn)，系統(tǒng)軟件的碼速間距積再三提升.基本上每4年提升1個(gè)量級(jí)。這種新技術(shù)應(yīng)用包含：
(1)有源及無(wú)源光元器件、系統(tǒng)軟件端機(jī)的一體化與模塊化設(shè)計(jì)，提升速度與特性.簡(jiǎn)單化構(gòu)造控制成本，是系統(tǒng)軟件發(fā)展趨勢(shì)最關(guān)鍵的技術(shù)性基本;
(2)波分復(fù)用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)性，保持單條光纖上快速、超大型容積傳送;
(3)光放大儀技術(shù)性，特別是在是摻餌光纖放大器(EDFA，Erbium-Doped Fiber Amplifier)及光放大儀在遠(yuǎn)途主干線(xiàn)系統(tǒng)軟件及其客戶(hù)分派系統(tǒng)軟件中的運(yùn)用;
(4)孤子通訊技術(shù);
(5)髙速光纖網(wǎng)技術(shù)性，全光網(wǎng)技術(shù)性等。
發(fā)展趨勢(shì)這種新技術(shù)應(yīng)用的服務(wù)宗旨，全是為了方便考慮日益突出的信息內(nèi)容要求。在其中，WDM技術(shù)性與光放大儀處術(shù)的極致融合，極大地提高了光纖通信系統(tǒng)的特性與通訊容積，變成當(dāng)代光通信技術(shù)的閃耀耀眼明珠，通往全光通信網(wǎng)的公路橋梁。
大數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)造如圖所示6.1.5圖示，它包含PCM端機(jī)、鍵入插口、光發(fā)送機(jī) (Tx)、光纖路線(xiàn)、光中繼器、輸出插口及光接收機(jī)(Rx)等。
1個(gè)典型性的點(diǎn)--點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)(如圖)包括接收信息內(nèi)容電端機(jī)、光推送接收端機(jī)、傳送光纖等幾一部分。從光發(fā)送機(jī)到光接收機(jī)是光信息內(nèi)容的傳送安全通道，稱(chēng)之為光無(wú)線(xiàn)信道，其每日任務(wù)是把信息內(nèi)容靠譜合理地從始端傳輸?shù)浇K端設(shè)備。各一部分的功效給出：
(1)PCM電端機(jī) 需傳送的信息內(nèi)容數(shù)據(jù)信號(hào)包含聲音、圖象及電子計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，電端機(jī)就是說(shuō)基本電通訊中的載波機(jī)、圖象機(jī)器設(shè)備及電子計(jì)算機(jī)等智能終端。對(duì)數(shù)字通信而言，數(shù)據(jù)信號(hào)在電端機(jī)需要開(kāi)展A/D及D/A變換，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
(2)光發(fā)送機(jī) 包含燈源(LD或LED)以及光耦電路，電端機(jī)來(lái)的電子信號(hào)經(jīng)編號(hào)后解調(diào)燈源，造成乘載信息內(nèi)容的光信號(hào)，進(jìn)行電--光(E/O)變換。
(3)傳送光纖或光纜 將燈源發(fā)射點(diǎn)的光信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的接收端，它能夠 是多模光纖或單模光纖。
(4)光接收機(jī) 進(jìn)行光--電(O/E)變換。接受的光信號(hào)由光探測(cè)器檢驗(yàn)轉(zhuǎn)化成電子信號(hào)，隨后變大解調(diào)、裁定再造，送進(jìn)電端機(jī)修復(fù)出原數(shù)據(jù)信號(hào)。
光纖通信擁有這么多的優(yōu)點(diǎn)，您還覺(jué)得光纖貴嗎？
