一．前言

随着互联网（Internet）的迅速普及以及宽带综合业务数字网(B-ISDN)的快速发展，人们对信息的需求呈现出爆炸性的增长，几乎是每半年翻一番。在这样的背景下，信息高速公路的建设已成为世界性的热潮。而作为信息高速公路的核心和支柱的光纤通信技术更是成为重中之重。很多国家和地区不遗余力地斥巨资发展光纤通信技术及其产业，光纤通信事业得到了空前发展。

作为全球新一代信息技术的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。

本文意在通过浅谈光纤通信技术的发展，来展望未来信息技术对人类社会的极大贡献。

二．对光纤的简介

什么是光纤

光纤是光导纤维（OF：Optical Fiber） 的简称，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。 

光导纤维运用的基本物理原理——全反射原理

1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。这是为什么呢？难道光线不再沿直线前进了吗？丁达尔经过研究发现：这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。

“光纤之父”——高锟

1966年，高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理，描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。简单地说，只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能够利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输信息。这一设想提出之后，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。但在争论中，高锟的设想逐步变成现实：利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛，全世界掀起了一场光纤通信的。随着第一个光纤系统于1981年成功问世，高锟“光纤之父”美誉传遍世界。 

三．对光纤通信技术的简介

什么是光纤通信

光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。 

光纤通信的原理

光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息． 

光纤通信的优点

光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点：它传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。 

四．光纤通信技术的发展历史

光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段．　　

光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。 

1880年，贝尔发明了一种利用光波作载波传递话音信息的“光电话”，它证明了利用光波作载波传递信息的可能性，是光通信历史上的第一步。 

1960年，美国科学家梅曼(Meiman)发明了第一个红宝石激光器。激光(LASER)与 普通光相比，谱线很窄，方向性极好，是一种频率和相位都一致的相干光，特性与无线电波相似，是一种理想的光载波。因此，激光器的出现使光波通信进入了一个崭新的阶段。

1966年，英籍华人高锟K.C.Kao博士首次利用无线电波导通信原理,提出了低损耗的光导纤维(简称光纤)概念。

1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为 20db/公里(光波沿光纤传输１公里后,光损耗为原有的1%)的石英光纤，它是一种理想的传输介质。

1970年，贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的半导体激光器(LD)。从此，开始了光纤通信迅速发展的时代，因此人们把1970年称为光纤通信的元年。

1974年，贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法,称“改进的汽相沉积法(MCVD)”,光纤损耗下降到1db/公里。

1976年，日本电报电话公司研制出更低损耗光纤，损耗下降到 0.5db/公里 。

1976年，美国在亚特兰大成功地进行了 44.7Mbit/s的光纤通信系统试验。日本电报电话公司开始了公里,32Mbit/s突变折射率光纤系统的室内试验,并研制成功1.3微米波长的半导体激光器。

1979年，日本电报电话公司研制出 0.2db/公里的极低损耗石英光纤(1.5微米).

1984年，实现了中继距离50公里,速率为1.7Gbit/s的实用化光纤传输系统.

1990年，用1.55微米长波长SM光纤传输系统,中继距离超过100公里,速率为 2.4Gb/s的光纤传输。

20世纪90年代以来，光纤通信系统以频分复用增加速率和使用光放大器增加中继距离为标志，可以使用(也可以不使用)相干接收方式，使系统的通信容量以成数量级地增加，已经实现了在 2.5Gb/s速率上传输 4500 公里和 10Gb/s的速率上传输1500公里的试验。

五．光纤通信技术的发展现状

光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。目前，光纤通信技术已有了长足的发展，新技术也不断涌现，进而大幅度提高了通信能力，并不断扩大了光纤通信的应用范围。

(1)光纤通信技术中的光纤接入技术

光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试，它实现了普遍意义上的高速化信息传输，满足了广大民众对信息传输速度的要求，主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。其中后者起着更为关键的作用，即FTTH(意思是光纤入户)，作为光纤宽带接入的最后环节，负责完成全光接入的重要任务，基于光纤宽带的相关特性，为通信接收端的用户提供了所需的不受的带宽资源。

(2)光纤通信技术中的波分复用技术

    即WDM，充分利用了单模光纤低损耗区的优势，获得了大的带宽资源。波分复用技术基于每一信道光波的频率和波长不同等情况出发，把光纤的低损耗窗口规划为许多个单独的通信管道，并在发送端设置了波分复用器，将波长不同的信号集合到一起送入单根光纤中，再进行信息的传输，而接收端的波分复用器把这些承载着多种不同信号的、波长不同的光载波再进行分离。

六．光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。

1.超大容量、超长距离传输技术

波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有很大的应用前景，这几年波分复用系统发展也确实十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系统已经大量商用，同时，全光传输距离也在大幅度扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率提高传输容量，其实现的单信道最高速率达0Gbit/s。

仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大大提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此，现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。欧共体的RACE计划和美国正在执行的ARPA计划在发展宽带全光网中都部署了WDM和OTDM混合传输方式，以提高通信网络的带宽和容量。WDM/OTDM系统已成为未来高速、大容量光纤通信系统的一种发展趋势，两者的适当结合应该是实现Tbit/s以上传输的最佳方式。实际上，最近大多数超过3Tbit/s的实验都采用了时分复用（TDM、OTDM、ETDM）和WDM相结合的传输方式。

2.光弧子通信

光弧子是一种特殊的ps数量级上的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而，经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光弧子通信就是利用光弧子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

在光弧子通信领域内，由于其具有高容量、长距离、误码率低、抗噪声能力强等优点，光弧子通信备受国内外的关注，并大力开展研究工作。美国和日本处于世界领先水平。美国贝尔实验室已经成功实现了将激光脉冲信号传输5 920km，还利用光纤环实现了5Gbit/s、传输15 000km的单信道孤子通信系统和10Gbit/s、传输11 000km的双信道波分复用孤子通信系统；日本利用普通光缆线路成功地进行了超高20Tbit/s、远距离1 000km的孤立波通信，日本电报电话公司推出了速率为10 Gbit/s、传输12 000km的直通光弧子通信实验系统。在我国，光弧子通信技术的研究也有一定的成果，国家“863”研究项目成功地进行了OTDM光弧子通信关键技术的研究，实现了20Gbit/s、105km的传输。近年来，时域上的亮孤子、正色散区的暗孤子、空域上展开的三维光弧子等，由于它们完全由非线性效应决定，不需要任何静态介质波导而备受国内外研究人员的重视。

光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然，实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使我们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。

3.全光网络(AON All Optical Network) 

未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此，真正的全光网成为一个非常重要的课题。

全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性，并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率，网络结构简单，组网非常灵活，可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然，全光网络的发展并不可能于众多通信技术之中，它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合。

目前全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。

七．总结语

如今，光纤通信技术已经成为最重要的现代信息传输技术之一，在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用，迄今尚未发现可以取代它的更好的技术。即使是在全球通信行业处于低迷时期，光纤通信的发展也从未停滞过。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。

八．参考文献

卜爱琴，光纤通信，北京师范大学出版社 

    王磊，裴丽，光纤通信的发展现状和未来，中国科技信息2006年04期 

    光纤通信，百度百科

光纤，百度百科

光纤入户，百度百科

全光网络，百度百科下载本文