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光纤通信的瑕不掩瑜-千里一线牵:通信

时间:2024-05-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:光纤通信有诸多的特性和优点,是目前最先进的通信手段之一,然而它也有一些不尽人意的缺陷,有待于研究人员进一步去改进。几种物体的色散表现对照示意图讯号衰减讯号在光纤内衰减也造成光放大器成为光纤通信系统所必需的元件。这使得光纤通信系统的建置费用与维运成本大幅降低,特别对于越洋的海底光纤而言,中继器的稳定度往往是维护成本居高不下的主因。

光纤通信的瑕不掩瑜-千里一线牵:通信

2.瑕不掩瑜——光纤通信的缺陷

“金无足赤,人无完人。”光纤通信有诸多的特性和优点,是目前最先进的通信手段之一,然而它也有一些不尽人意的缺陷,有待于研究人员进一步去改进。

就目前而言,光纤通信主要有四个方面需要改进:

(1)讯号色散

对于现代的玻璃光纤而言,最严重的问题并非讯号的衰减,而是色散问题,也就是讯号在光纤内传输一段距离后逐渐扩散重叠,使得接收端难以判别讯号的高或低。造成光纤内色散的成因很多。以模态色散为例,讯号的横模轴速度不一致导致色散,这也限制了多模光纤的应用。在单模光纤中,模态间的色散可以被压抑得很低。

光的色散

但是在单模光纤中一样有色散问题,通常称为群速色散,起因是对不同波长的入射光波而言,玻璃的折射率略有不同,而光源所发射的光波不可能没有频谱的分布,这也造成了光波在光纤内部会因为波长的些微差异而有不同的折射行为。另外一种在单模光纤中常见的色散称为极化模态色散,起因是单模光纤内虽然一次只能容纳一个横模的光波,但是这个横模的光波却可以有两个方向的极化,而光纤内的任何结构缺陷与变形都可能让这两个极化方向的光波产生不一样的传递速度,这又称为光纤的双折射现象。这个现象可以通过极化恒持光纤加以抑制。

几种物体的色散表现对照示意图

(2)讯号衰减

讯号在光纤内衰减也造成光放大器成为光纤通信系统所必需的元件。光波在光纤内衰减的主因有物质吸收、瑞利散射、米氏散射以及连接器造成的损失。其他造成讯号衰减的原因还包括应力对光纤造成的变形、光纤密度的微小扰动,或是接合的技术仍有待加强。

(3)讯号再生

现代的光纤通信系统因为引进了很多新技术降低讯号衰减的程度,因此讯号再生只需要用于距离数百千米远的通信系统中。这使得光纤通信系统的建置费用与维运成本大幅降低,特别对于越洋的海底光纤而言,中继器的稳定度往往是维护成本居高不下的主因。这些突破对于控制系统的色散也有很大的助益,足以降低色散造成的非线性现象。此外,光固子也是另外一项可以大幅降低长距离通信系统中色散的关键技术。

(4)“最后一哩”光纤网络

虽然光纤网络享有高容量的优势,但是在达成普及化的目标,也就是“光纤到家”以及“最后一哩”的网络布建上仍然有很多困难待克服。然而,随着网络带宽的需求日增,已经有越来越多国家逐渐达到这个目的。以日本为例,光纤网络系统已经开始取代使用铜线的数位用户回路系统。(www.xing528.com)

知识小百科

光纤的历史足迹

1880年,贝尔发明光束通话传输。

1960年,电射及光纤发明。

1966年,华裔科学家“光纤之父”高锟预言光纤将用于通信。

1970年,美国康宁公司成功研制成传输损耗只有20dm/km的光纤。

1977年,首次实际安装电话光纤网路。

1978年,FORT在法国首次安装其生产的光纤电缆

1979年,赵梓森研制出我国自主研发的第一根实用光纤,被誉为“中国光纤之父”。

1990年,区域网路及其它短距离传输应用到光纤。

2000年,实现年屋边光纤、桌边光纤。

2005年,FTTH光纤直接通到家庭。

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