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1、111光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及其現(xiàn)狀光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及其現(xiàn)狀【內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要】光纖通信符合了高速度、大容量、高保密等要求,但是,光纖通信能實際應(yīng)用到人類傳輸信息中并不是一帆風順的,其發(fā)展中經(jīng)歷了很多技術(shù)難關(guān),解決了這些技術(shù)難題,光纖通信才能進一步發(fā)展。本文從光源及傳輸介質(zhì)、光電子器件、光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展來展示光纖通信技術(shù)的發(fā)展?!娟P(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】光纖通信技術(shù)光纖光纜光有源器件光無源器件光纖通信系統(tǒng)【正文正文】光自身固有的優(yōu)點注定了它在
2、人類歷史上充當不可忽略的角色,隨著人類技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用越來越廣泛,優(yōu)點也越來越突出。光纖通信是將要傳送的圖像、數(shù)據(jù)等信號調(diào)制到光載波上,以光纖作為傳輸媒介的通信方式。作為載波的光波頻率比電波頻率高得多,作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多,因此相對于電纜通信或微波通信,光纖通信具有許多獨特的優(yōu)點。將優(yōu)點突出的光纖通信真正應(yīng)用到人類生活中去,和很多技術(shù)一樣,都需要一個發(fā)展的過程。一、一、光纖通信技術(shù)的形成光纖通信技術(shù)的形成
3、(一)、早期的光通信光無處不在,這句話毫不夸張。在人類發(fā)展的早期,人類已經(jīng)開始使用光傳遞信息了,這樣的例子有很多。打手勢是一種目視形式的光通信,在黑暗中不能進行。白天太陽充當這個傳輸系統(tǒng)的光源,太陽輻射攜帶發(fā)送者的信息傳送給接收者,手的動作調(diào)制光波,人的眼睛充當檢測器。另外,3000多年前就有的烽火臺,直到目前仍然使用的信號燈、旗語等都可以看作是原始形式的光通信。望遠鏡的出現(xiàn)則又極大地延長了這類目視形式的光通信的距離。這類光通信方式有一
4、個顯著的缺點,就是它們能夠傳輸?shù)娜萘繕O其有限。近代歷史上,早在1880年,美國的貝爾(Bell)發(fā)明了“光電話”。這種光電話利用太陽光或弧光燈作光源,通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動鏡片上,使光強度隨話音的變化而變化,實現(xiàn)話音對光強度的調(diào)制。在接收端,用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上,使光信號變換為電流傳送到受話器。光電話并未能在人類生活中得到實際的使用,這主要是因為當時沒有合適的光源和傳輸介質(zhì)。其所利用的自然光為非相
5、干光,方向性不好,不易調(diào)制和傳輸;而以空氣作為傳輸介質(zhì),損耗會很大,無法實現(xiàn)遠距離傳輸,又易受天113的吸收和散射,光波能量衰減很大。例如,雨能造成30dBkm的衰減,濃霧衰減高達120dBkm。(2)大氣的密度和溫度很不均勻,造成折射率的變化,加上大氣湍流的影響,光束位置可能會發(fā)生偏移和抖動。因而通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制,不能實現(xiàn)“全天候”通信。(3)大氣傳輸設(shè)備要求設(shè)在高處,收、發(fā)設(shè)備必須直線可見。這種地理條件使得大氣傳輸
6、通信的適用范圍具有很大的局限性。雖然,固體激光器(例如摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器)的發(fā)明大大提高了發(fā)射光功率,延長了傳輸距離,使大氣激光通信可以在江河兩岸、海島之間和某些特定場合使用,但是大氣激光通信的穩(wěn)定性和可靠性仍然沒有解決。為了克服氣候?qū)す馔ㄐ诺挠绊懀藗冏匀幌氲桨鸭す馐拗圃谔囟ǖ目臻g內(nèi)傳輸。因而提出了透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng)。透鏡波導(dǎo)是在金屬管內(nèi)每隔一定距離安裝一個透鏡,每個透鏡把經(jīng)傳輸?shù)墓馐鴷鄣较乱粋€
7、透鏡而實現(xiàn)的。反射鏡波導(dǎo)和透射鏡波導(dǎo)相似,是用與光束傳輸方向成角的45?兩個平行反射鏡代替透鏡而構(gòu)成的。這兩種波導(dǎo)從理論上講是可行的,但在實際應(yīng)用中遇到了不可克服的困難。首先,現(xiàn)場施工中校準和安裝十分復(fù)雜;其次,為了防止地面活動對波導(dǎo)的影響,必須把波導(dǎo)深埋或選擇在人車稀少的地區(qū)使用。由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì),對光通信的研究曾一度走入了低潮。2)光纖為了發(fā)展光通信技術(shù),人們又考慮和嘗試了各種傳輸介質(zhì),其中包括利用玻璃材料制成
8、光導(dǎo)纖維來傳輸光信號,但是當時最好的光學玻璃材料的損耗在1000dBkm以上,這么高的傳輸損耗根本就無法用于通信。1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文,指出了利用光纖進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑,奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。1970年,光纖研制取得了重大突破。美國康寧(Cning)公司研制成功損耗20dBkm的石英光纖。因此,光纖通信開始可以和同軸電纜通信競爭,世界各國
9、相繼投入大量人力物力,把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。1972年,隨著光纖制備工藝中的原材料提純、制棒和拉絲技術(shù)水平的不斷提高,進而將梯度折射率多模光纖的衰減系數(shù)降至4dBkm。1973年,美國貝爾實驗室研制的光纖損耗降低到2.5dBkm。1974年降到了1.1dBkm。1976年日本電報電話(NTT)公司等單位將光纖損耗降低到0.47dBkm(波長1.2)。m?在以后的10年中,1.55波長處的光纖損耗(如圖2所示):1979年m
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