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光通信是一種以光波為載波的通信方式，它使用光纖作為傳輸介質(zhì)來傳輸信息。為了增加光路的帶寬，可以采用兩種方法：一是提高光纖的單信道傳輸速率，二是增加單光纖中傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)，即波分復(fù)用技術(shù)（WDM）。波分復(fù)用技術(shù)可以將多個不同波長的光信號在同一根光纖中進行傳輸，從而大大提高了光纖的傳輸容量。光通信
以光波為載波的通信方式
光通信（Optical Communication）是以光波為載波的通信方式。增加光路帶寬的方法有兩種：一是提高光纖的單信道傳輸速率；二是增加單光纖中傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)，即波分復(fù)用技術(shù)（WDM）。
基本信息
| 中文名 | 光通信 |
| 外文名 | Optical Communication |
| 定義 | 以光波為載波的通信方式 |
| 相關(guān)產(chǎn)品 | 望遠鏡 |
| 領(lǐng)域 |
簡介
寬帶城域網(wǎng)（BMAN）是我國信息化建設(shè)的熱點，DWDM（密集波分復(fù)用）的巨大帶寬和傳輸數(shù)據(jù)的透明性，無疑是當今光纖應(yīng)用領(lǐng)域的首選技術(shù)。然而，MAN等具有傳輸距離短、拓撲靈活和接入類型多等特點，如照搬主要用于長途傳輸?shù)腄WDM，必然成本過高；同時早期DWDM對MAN等靈活多樣性也難以適應(yīng)。面對這種低成本城域范圍的寬帶需求，CWDM（粗波分復(fù)用）技術(shù)應(yīng)運而生，并很快成為一種實用性的設(shè)備。對光通信來說，其技術(shù)基本成熟，而業(yè)務(wù)需求相對不足。以被譽為“寬帶接入最終目標”的FTTH為例，其實現(xiàn)技術(shù)EPON已經(jīng)完全成熟，但由于普通用戶上網(wǎng)需要的帶寬不高，使FTTH的商用只限于一些試點地區(qū)。但是，在2006年，隨著IPTV等三重播放業(yè)務(wù)開展，運營商提供的帶寬已經(jīng)不能滿足用戶對高清晰電視的要求，隨之FTTH的部署也提上了日程。無獨有偶，ASON對傳輸網(wǎng)絡(luò)控制靈活，可為企業(yè)客戶提供個性化服務(wù)，不少運營商為發(fā)展和維系企業(yè)客戶，不惜重金投資建設(shè)ASON。
未來傳輸網(wǎng)絡(luò)的最終目標，是構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)，即在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)完全實現(xiàn)“光纖傳輸代替銅線傳輸”。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銅退。
按光源特性，可分為激光通信和非激光通信；按傳輸介質(zhì)，可分為大氣激光通信和光纖通信；按傳輸波段，可分為可見光通信、紅外光通信和紫外光通信。光是一種電磁波，其波長通常在1×103～5×10-3微米范圍內(nèi)。光的頻率高，光通信的頻帶寬，通信容量大，抗電磁干擾能力強。激光通信是利用激光傳輸信息的，激光是一種方向性極強的相干光；非激光通信是利用普通光源（非激光）傳輸信息的，如燈光通信。大氣激光通信不需要鋪設(shè)線路，便于機動，但易受氣候和外界影響，適用于地面近距離通信和通過衛(wèi)星反射進行的全球通信。采用激光器作光源的光纖通信，不受外界干擾，保密性好，使用范圍廣，適用于陸上和越洋的遠距離大容量的干線數(shù)字通信。采用發(fā)光管作光源的光纖通信屬非激光通信，適用于近距離、中小容量的模擬或數(shù)字通信。可見光通信是利用可見光（波長0.76～0.39微米）傳輸信息的。早期的可見光通信采用普通光源，如火光通信、燈光通信、信號彈等。由于普通光源散發(fā)角大，通信距離近，只能作為視距內(nèi)的輔助通信。近代的可見光通信有氦氖激光（紅色）通信和藍綠激光通信。紅外光通信是利用紅外線（波長1000～0.76微米）傳輸信息的。紫外光通信是利用紫外線（波長0.39～5×10-3微米）傳輸信息的。通常所說的紅外光通信和紫外光通信均為非激光通信。這種通信所用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格低，但在大氣信道中傳輸時易受氣候影響，適用于沿海島嶼間的輔助通信。紅外光通信還可用作近距離遙控、飛機內(nèi)廣播和航天飛機內(nèi)宇航員間的通信等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非激光通信已部分地被激光通信所代替。利用烽火、燈光傳輸信息的方式是簡易的可見光通信。1880年，美國人A.G.貝爾發(fā)明了光電話。第二次世界大戰(zhàn)期間，光電話曾在軍事上得到應(yīng)用，光源是非相干光源，在大氣中傳輸受氣候影響大，可靠性差，通信距離近，通信質(zhì)量差，從而限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。1960年，激光器的問世解決了光通信的光源問題。由于光在大氣信道傳輸時存在的缺點，促使人們轉(zhuǎn)向傳光線路的研究，探索了各種空心式波導(dǎo)管和透鏡式線路，同時也開始了對光纖的研究。1966年，華人科學(xué)家高錕曾預(yù)言光纖損耗可降低到20分貝／千米以下。1970年，美國康寧玻璃公司生產(chǎn)出損耗為20分貝／千米的光纖，使光通信進入了以光纖為傳輸介質(zhì)的新階段。隨著半導(dǎo)體激光器壽命的不斷延長和光纖損耗的不斷降低，各種類型的光纖通信系統(tǒng)大量投入使用。光纖通信將朝著長波長、單模、超低損耗、密集波分復(fù)用、超大容量、相干外差檢測、光集成和不用光電變換的全光通信等方向發(fā)展。
歷史
烽火臺
新疆呼圖壁縣境內(nèi)的烽火臺
烽火臺通信，源于奴隸制國家在政治和軍事方面對通信的需要。據(jù)歷史記載，早在三千多年前，中國就有了利用烽火臺通信的方法。關(guān)于烽火通信有個叫“千金買笑”的故事。故事是這樣的，周朝有個周幽王，這是一個非常殘暴而腐敗的君主，他有個愛妃名叫褒姒，長得非常美麗，《東周列國志》中有這樣一段話來形容褒姒：“目秀眉清，唇紅齒白，發(fā)挽烏云，指排削玉，有如花如月之容，傾國傾城之貌?！卑m然很美，但是“從未開顏一笑”。為此，周幽王使出了一個賞格：“誰要能叫娘娘一笑，就賞他一千斤金子”（當時把銅叫金子）。于是有人想出了一個點起烽火戲諸侯的辦法，想換取娘娘一笑，一天傍晚，周幽王帶著愛妃褒姒登上城樓，命令四下點起烽火。臨近的諸侯看到了烽火，以為西戎（當時西方的一個部族）來犯，便領(lǐng)兵趕到城下救援，但見燈火輝煌，鼓樂喧天。一打聽才知是周幽王為了取樂于娘娘而干的荒唐事兒，各諸侯敢怒不敢言，只好氣憤地收兵回營。褒姒見狀，果然淡然一笑。但事隔不久，西戎果真來犯，雖然點起了烽火，卻無援兵趕到。原來各諸侯以為周幽王又是故伎重演。結(jié)果都城被西戎攻下，周幽王也被殺死了，從此西周滅亡了。
仍相傳的“千金買笑”的故事就是從這兒來的。后來，又有人寫了首詩，諷刺“烽火戲諸侯”之事，詩是這樣的：
良夜頤宮奏管簧，無端烽火燭穹蒼。
可憐列國奔馳苦，止博褒妃笑一場！
這個歷史故事不僅生動的描繪了當時利用烽火臺通信的情況，同時也告戒后人，通信是非常重要的，不論在什么時候也不論是什么人，都不能拿通信當兒戲。
望遠鏡
17世紀中葉，人們發(fā)明了望遠鏡，它使得人們可以看得更遠了。到1791年，法國人發(fā)明了燈信號，此后“燈語”通信在歐洲風靡一時。信號燈、旗語、望遠鏡等目視光通信的手段仍在使用，但是這一切還是最原始的光通信，不能算作是真正的光通信。不過，這些原始的光通信由于方便、可靠仍在使用，所以還是有必要了解的，讓我們認識一下望遠鏡吧。
反射望遠鏡
中國最大的光學(xué)望遠鏡是2.16米。茫茫宇宙，繁星似沙，但今后10年，人類為天體光譜作的“戶口登記”數(shù)，將超過以往數(shù)百年。因為，人類有了新的“千里眼”———大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，該望遠鏡于2004年建成，安放在北京興隆縣燕山山脈中興隆觀測站，屆時，將大大提升中國天文學(xué)研究的國際地位，使中國恒星和星系的光譜觀測達到國際領(lǐng)先水平。
大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）是國際上視場和口徑最大的天文望遠鏡，長50米、高30米，視場為5度，口徑達4米，一次觀測可達20平方度（整個宇宙空間約有4萬平方度）。通過大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，在21世紀前10年，人類就可測出天體光譜100萬個。
折射望遠鏡
世界上最大的射電望遠鏡是波多黎各的阿雷西沃無線探測儀，它是我們安放在宇宙間的最大的無線電耳朵。該望遠鏡上的巨大的反向鏡的直徑為305米。阿雷西沃探測儀被用來搜尋空中的由外星智能生命發(fā)射來的信號，如果你看過電影《黃金眼》（英美合拍，1995）及《接觸》（美國，1997），就一定不會對它陌生。
旗語
雖然人類社會的文明程度和科學(xué)技術(shù)得到了很大的提高，但是簡單的利用光傳遞信息的方式仍然在廣泛使用，例如紅黃綠交通信號燈，旗語，電燈發(fā)明之后，又有了利用百葉窗和燈光的燈語。讓我們認識一下旗語。
旗語產(chǎn)生于西方的大航海時代，艦船之間通過旗語來進行聯(lián)絡(luò)；各種信號旗仍然在船舶上懸掛。在F1的賽車場也使用到了旗語，可以說它也是一種目視光通信的手段。如果你能向F-1賽手像是塞納、舒馬赫、威倫紐夫等高手侃侃有關(guān)F1旗語的話題，一定能讓他們刮目相看。
了解F1的旗語吧：
白色旗表示跑道上有緩慢移動的車輛
紅色旗表示比賽已停止
黑色旗表示指定的賽車下次通過修理站時要停車
黑白對角旗表示是非運動員行為
黃旗表示有危險
黑白格相間的旗子意思是比賽結(jié)束
藍旗表示有車手正要超車
黑底黃色圓心旗表示賽車有故障
綠色旗表示全程暢通
不論是烽火臺、望遠鏡，還是交通紅綠燈、旗語，它們都是光通信的不同形式，但是它們有一個共同點，就是利用大氣來傳播可見光，由人眼來接收。也正因為如此，我們才會對它們?nèi)绱说厥煜?，可是這些卻不是真正的意義上的光通信，更不是強大的光通信，真正強大的光通信應(yīng)該是光纖通信。在這里，應(yīng)該明確，光通信指的是一切運用光作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的媒質(zhì)是什么；而光纖通信則是單純地依靠光纖作為媒質(zhì)來傳送信息的通信方式。
盡管人類很早就認識到用光可以傳遞信息，比如3000多年前中國就有了用光傳遞遠距離信息的設(shè)施——烽火臺；但是，其后的很多年中，光通信幾乎沒有什么發(fā)展；后來又有了用燈光閃爍、旗語等傳遞信息的方法；但是這些都是用可見光進行的視覺通信，是非常原始的光通信方式，不能稱得上是完全意義上的光通信。
近100年中，人們?nèi)匀粵]有對光通信失去興致，就連大發(fā)明家貝爾（BELL）也嘗試著用光來打電話，這被認為是近代光通信的開始。20世紀60年代后，隨著人們對通信的要求變得越來越強烈，光通信獲得了突飛猛進的發(fā)展。我們所說的光通信已不再是用可見光進行的視覺通信，而是采用光波作為載波來傳遞信息的通信方式了?，F(xiàn)代人類已經(jīng)進入了信息社會，光通信的魅力也逐步地展現(xiàn)人們的面前。
光電話
光通信的出現(xiàn)比無線電通信還早。波波夫發(fā)送與接收第一封無線電報是在1896年，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，成功地進行了光電話的實驗，通話距離最遠達到了213米。1881年，貝爾宣讀了題為《關(guān)于利用光線進行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報導(dǎo)了他的光電話裝置。在貝爾本人看來：在他的所有發(fā)明中，光電話是最偉大的發(fā)明。
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。當人對著話筒講話時，震動片隨著話音震動而使反射光的強弱隨著話音的強弱作相應(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。
利用光在大氣中傳送信息方便簡單，所以人們開始研究的光通信都是這種方式。但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，就會看不遠和看不清，這叫做大氣的能見度降低，使信號傳輸受到很大阻礙。此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源，因為從通信技術(shù)上看，這些光都是帶有“噪聲”的光。也就是說，這些光的頻率不穩(wěn)定、不單一，光的性質(zhì)也很復(fù)雜；一句話，就是光不純。因此，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)（可不能再用空氣了喲！）；另一個問題是必須要找到高強度的、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，光通信就一直裹足不前。也正因此，貝爾的光話始終沒有走上實用化的階段。所以我們也沒有用上貝爾的光電話，而只是用了他發(fā)明的電話；但不管怎樣，貝爾真的是一位偉大的發(fā)明家，我們應(yīng)該記住他的名字。
走彎路
1870年，英國物理學(xué)家廷德爾在實驗中觀察到，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。實際上，這時光仍是沿直線傳播，只不過在水流中出現(xiàn)了光反射現(xiàn)象，因而光是以折線方式前進的。光也可以“走彎路”。
廷德爾觀察到的現(xiàn)象，直至1955年才得到實際應(yīng)用。當時在英國倫敦英國學(xué)院工作的卡帕尼博士，發(fā)明了用極細的玻璃制做的光導(dǎo)纖維。每根細如絲的光導(dǎo)纖維是用兩種對光的折射率不同的玻璃制成，一種玻璃形成中央中心束線，另一種包在中心束線外面形成包層。由于兩種玻璃在光學(xué)性質(zhì)上的差別，光線經(jīng)一定角度從光導(dǎo)纖維的一端射入后，不會從纖維壁逸出，而是沿兩層玻璃的界面連續(xù)反射前進，從另一端射出。最初，這種光導(dǎo)纖維只是應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，用光纖束組成內(nèi)窺鏡，可以觀察人體腸胃內(nèi)的疾病，協(xié)助醫(yī)生及時作出確切的判斷。
發(fā)展
國內(nèi)情況
在70年代國外的低損耗光纖獲得突破以后，中國從1974年開始了低損耗光纖和光通信的研究工作，并于70年代中期研制出低損耗光纖和室溫下可連續(xù)發(fā)光的半導(dǎo)體激光器。1979年分別在北京和上海建成了市話光纜通信試驗系統(tǒng)，這比世界上第一次現(xiàn)場試驗只晚兩年多。這些成果成為中國光通信研究的良好開端，并使中國成為當時少有的幾個擁有光纜通信系統(tǒng)試驗段的幾個國家之一。到80年代末，中國的光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)已達到國際先進水平。
從1991年起，中國已不再建長途電纜通信系統(tǒng)，而大力發(fā)展光纖通信。在“八五”期間，建成了含22條光纜干線、總長達33000公里的“八橫八縱”大容量光纖通信干線傳輸網(wǎng)。1999年1月，中國第一條最高傳輸速率的國家一級干線（濟南——青島）8×2.5Gb/s密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)建成，使一對光纖的通信容量又擴大了8倍。
我國十分重視光通信器件的研發(fā)，通過國家技術(shù)發(fā)展計劃安排專題，組織技術(shù)攻關(guān)，跟蹤國際先進技術(shù)等措施的實施，極大地推動了光通信器件的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。隨著光器件產(chǎn)業(yè)逐漸向中國轉(zhuǎn)移，光通信行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進一步加快，中國已成為全球光電元器件的重要生產(chǎn)銷售基地。
光通信器件是構(gòu)建光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，高速光傳輸設(shè)備、長距離光傳輸設(shè)備和智能光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、升級以及推廣應(yīng)用，都取決于光通信器件技術(shù)進步和產(chǎn)品更新?lián)Q代的支持。因此，通信技術(shù)的更新與升級將促使光通信器件不斷發(fā)展進步。
2010年中國生產(chǎn)制造的器件已占全球25%以上市場份額；我國光器件市場規(guī)模在全球市場中的份額也已從2008年的17%增加到2010年的26%左右，市場規(guī)模達到93億人民幣，同比增長率更是高達30%。
光電子器件行業(yè)廠商數(shù)量相對較多，全球生產(chǎn)光電子器件的廠商250余家，行業(yè)整體來看還屬于一個完全競爭的市場。隨著中小企業(yè)的退出和行業(yè)收購兼并的進行，行業(yè)的市場集中度呈上升趨勢，行業(yè)的競爭激烈程度趨緩。而國內(nèi)企業(yè)不僅要直面國內(nèi)本土企業(yè)的競爭，還要承受來自國外企業(yè)的競爭壓力，整體競爭較為激烈。
現(xiàn)狀
我國在光纖光纜方面，得益于三網(wǎng)融合和寬帶政策對光纖的大量需求，2012年市場對光纖的需求迅速增加，使得光纖業(yè)基本面出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。行業(yè)總體供需呈弱勢均衡、總體偏緊的態(tài)勢，從而為光纖價格提供了較強支撐，為行業(yè)盈利改善提供了基本保障。同時，行業(yè)內(nèi)主要廠商均在2012年實現(xiàn)較大規(guī)模光纖預(yù)制棒自產(chǎn)產(chǎn)能，使得此部分光纖企業(yè)盈利能力得到較大改善。
在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備方面，三網(wǎng)融合形勢下的FTTH、NGB與雙向改造等熱潮，將在未來長時間內(nèi)釋放大量光通信設(shè)備需求。三網(wǎng)融合將刺激廣電及電信運營商對光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投入，國內(nèi)PON設(shè)備、ODN市場需求增大，PTN、OTN網(wǎng)絡(luò)升級也會帶動相應(yīng)設(shè)備需求的上升。
在光器件光模塊方面，隨著市場的持續(xù)升溫，光器件產(chǎn)業(yè)投資不斷擴大，國內(nèi)涌現(xiàn)出一大批光器件企業(yè)。國家對光通信產(chǎn)業(yè)加大扶持，企業(yè)投入研發(fā)比重上升，這無疑是有利于產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展的。在三網(wǎng)融合的大前提下，光器件投資成本占比不斷上升，業(yè)內(nèi)分析預(yù)計，未來隨著光電子器件集成化和智能化的進一步提高，光電子器件占光傳輸設(shè)備成本的比例將達到30%以上。
光通信設(shè)備被列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄
為貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，更好地指導(dǎo)各部門、各地區(qū)開展培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)工作，發(fā)展改革委會同相關(guān)部門組織編制了《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》。目錄涉及戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)7個行業(yè)、24個重點發(fā)展方向下的125個子方向，共3100余項細分的產(chǎn)品和服務(wù)。細分的產(chǎn)品和服務(wù)中包括950項新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，其中包含了下一代信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)中的光通信設(shè)備。
光通信設(shè)備，包括光纖，FTTx用G.657光纖、寬帶長途高速大容量光纖傳輸用G.656光纖、光子晶體光纖、摻稀土光纖（包括摻鐿光纖、摻鉺光纖、摻銩光纖等）、激光能量傳輸光纖，以及具有一些特殊性能的新型光纖，包括塑料光纖、聚合物光纖等。
光傳輸設(shè)備，線路速率達到40Gbit/s、100Gbit/s的超大容量（1.6Tb/s及以上）密集波分復(fù)用（DWDM）設(shè)備，可重構(gòu)光分差復(fù)用設(shè)備（ROADM）及波分復(fù)用系統(tǒng)用光交叉互連（OXC）設(shè)備，大容量高速率OTN光傳送網(wǎng)設(shè)備以及分組化增強型OTN設(shè)備、PTN分組傳送網(wǎng)設(shè)備、MSTP/MSAP多業(yè)務(wù)傳輸和接入設(shè)備，高速光器件（有源和無源）。
激光器
1960年7月8日，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明了世界上首臺激光器——紅寶石激光器，從此人們便可獲得性質(zhì)和電磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源。研究現(xiàn)代化光通信的時代也從此開始。激光器的英文簡稱叫LASER，意思是“受激發(fā)射的光放大”。這種激光器產(chǎn)生的光與普通的燈光不一樣，它是受物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)本質(zhì)決定的光，頻率穩(wěn)定，約為100太赫。這種光的頻率比已經(jīng)廣泛應(yīng)用的微波（頻率約為10兆赫）的頻率高1萬倍。因此，用這種光來傳送信息從理論上來說，通信的容量可以比微波通信的容量也大1萬倍！因此，激光器的發(fā)明對光通信的研究工作產(chǎn)生了重大的影響。但是最初發(fā)明的激光器在室溫下不能連續(xù)工作，因此，還不可能在通信中獲得實際應(yīng)用。
光纖
人類從未放棄過對理想光傳輸介質(zhì)的尋找，經(jīng)過不懈的努力，人們發(fā)現(xiàn)了透明度很高的石英玻璃絲可以傳光。這種玻璃絲叫做光學(xué)纖維，簡稱“光纖”。人們用它制造了在醫(yī)療上用的內(nèi)窺鏡，例如做成胃鏡，可以觀察到距離一米左右的體內(nèi)情況。但是它的衰減損耗很大，只能傳送很短的距離。光的損耗程度是用每千米的分貝為單位來衡量的。直到20世紀60年代，最好的玻璃纖維的衰減損耗仍在每公里1000分貝以上。每公里1000分貝的損耗是什么概念呢？每公里10分貝損耗就是輸入的信號傳送1公里后只剩下了十分之一，20分貝就表示只剩下百分之一，30分貝是指只剩千分之一……1000分貝的含意就是只剩下億百分之一，是無論如何也不可能用于通信的。因此，當時有很多科學(xué)家和發(fā)明家認為用玻璃纖維通信希望渺茫，失去了信心，放棄了光纖通信的研究。
激光器和光纖的發(fā)明，使人們看到了光通信的曙光。而要實現(xiàn)光纖通信，還需要在激光器和光纖的性能上有重大的突破。但是在這兩方面的突破遇到了許多困難，尤其是光纖的損耗要達到可用于通信的要求，從每千米損耗1000分貝降低到20分貝似乎不太可能，以致很多科學(xué)家對實現(xiàn)光纖通信失去了信心。就在這種情況下，出生于上海的英藉華人高錕（K.C.Kao）博士，通過在英國標準電信實驗室所作的大量研究的基礎(chǔ)上，對光波通信作出了一個大膽的設(shè)想。他認為，既然電可以沿著金屬導(dǎo)線傳輸，光也應(yīng)該可以沿著導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。1966年7月，高錕就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有重大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝/公里，從而有可能用于通信。這篇論文使許多國家的科學(xué)家受到鼓舞，加強了為實現(xiàn)低損耗光纖而努力的信心。
世界上第一根低損耗的石英光纖――1970年，美國康寧玻璃公司的三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克成功地制成了傳輸損耗每千米只有20分貝的光纖。這是什么概念呢？用它和玻璃的透明程度比較，光透過玻璃功率損耗一半（相當于3分貝）的長度分別是：普通玻璃為幾厘米、高級光學(xué)玻璃最多也只有幾米，而通過每千米損耗為20分貝的光纖的長度可達150米。這就是說，光纖的透明程度已經(jīng)比玻璃高出了幾百倍！在當時，制成損耗如此之低的光纖可以說是驚人之舉，這標志著光纖用于通信有了現(xiàn)實的可能性。
光纖之路――舍我其誰
1970年激光器和低損耗光纖這兩項關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，使光纖通信開始從理想變成可能，這立即引起了各國電信科技人員的重視，他們競相進行研究和實驗。1974年美國貝爾研究所發(fā)明了低損耗光纖制作法――CVD法（汽相沉積法），使光纖損耗降低到1分貝/公里；1977年，貝爾研究所和日本電報電話公司幾乎同時研制成功壽命達100萬小時（實用中10年左右）的半導(dǎo)體激光器，從而有了真正實用的激光器。1977年，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)在美國芝加哥市投入商用，速率為45Mb/s。
進入實用階段以后，光纖通信的應(yīng)用發(fā)展極為迅速，應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)多次更新?lián)Q代。70年代的光纖通信系統(tǒng)主要是用多模光纖，應(yīng)用光纖的短波長(850納米）波段，（1納米=1000兆分之一米，即米）。80年代以后逐漸改用長波長（1310納米），光纖逐漸采用單模光纖，到90年代初，通信容量擴大了50倍，達到2.5Gb/s。進入90年代以后，傳輸波長又從1310納米轉(zhuǎn)向更長的1550納米波長，并且開始使用光纖放大器、波分復(fù)用（WDM）技術(shù)等新技術(shù)。通信容量和中繼距離繼續(xù)成倍增長。廣泛地應(yīng)用于市內(nèi)電話中繼和長途通信干線，成為通信線路的骨干。
地位
幾種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展速度示意圖
系統(tǒng)
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)送機和調(diào)制器則負責將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，先后用過的光波窗口有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；而光學(xué)接收機則接收光信號，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。下面是光通信系統(tǒng)圖。
光纖定律
摩爾定律
早在1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore）在一篇很短的論文里斷言：每18個月，集成電路的性能將提高一倍，而其價格將降低一半。這就是著名的摩爾定律。由此，微處理器的速度會每18個月翻一番。這就意味著每5年它的速度會快10倍，每10年會快100倍。同等價位的微處理器會越變越快，同等速度的微處理器會越變越便宜?？梢韵胍?，在未來，世界各地的人不但都可以通過自己的計算機上網(wǎng)，而且還可以通過他們的電視、電話、電子書和電子錢包上網(wǎng)。作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發(fā)展歷史準確無誤地驗證著。
吉爾德定律
喬治·吉爾德曾預(yù)測，在未來25年，主干網(wǎng)的帶寬將每6個月增加一倍。其增長速度超過摩爾定律預(yù)測的CPU增長速度的3倍。幾乎所有知名的電訊公司都在樂此不疲地鋪設(shè)纜線。當帶寬變得足夠充裕時，上網(wǎng)的代價也會下降。在美國，已經(jīng)有很多的ISP向用戶提供免費上網(wǎng)的服務(wù)。
麥特卡爾夫定律
以太網(wǎng)的發(fā)明人鮑勃·麥特卡爾夫告訴我們：網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的平方成正比。如果將機器聯(lián)成一個網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)上，每一個人可以看到所有其他人的內(nèi)容，100人每人能看到100人的內(nèi)容，所以效率是10000。10000人的效率就是100000000。
幾種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展速度示意圖
聯(lián)合國“1999世界電信論壇會議”副主席約翰·羅斯(John Roth）在10日論壇開幕演說時提出“新摩爾定律”――光纖定律，互聯(lián)網(wǎng)帶寬每9個月會增加一倍的容量，但成本降低一半，比晶片變革速度的每18個月還快。
摩爾定律（Moore's Law）用來形容半導(dǎo)體科技的快速變革，平均每18個月，晶片的容量會成長一倍，成本卻減少一半；“光纖定律”（OpticalLaw）則用來形容網(wǎng)絡(luò)科技。左面是幾種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展速度示意圖。
事跡
――1880年，美國電話發(fā)明家貝爾就已經(jīng)研究并成功地發(fā)送與接收了光電話。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報導(dǎo)了他的光電話裝置。
――1930年至1932年間，日本在東京的日本電報公司與每日新聞社之間實現(xiàn)了3.6公里的光通信，但在大霧大雨天氣里效果很差。第二次世界大戰(zhàn)期間，光電話發(fā)展成為紅外線電話，因為紅外線肉眼看不見，更有利于保密。
――1854年，英國的廷德爾在英國皇家學(xué)會的一次演講中指出，光線能夠沿盛水的彎曲管道進行反射而傳輸，并用實驗證實了這個想法。
――1951年，荷蘭和英國開始進行柔軟纖維鏡的研制。
――1960年7月世界上第一臺紅寶石激光器出現(xiàn)了。1961年9月由中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所研制成功中國第一臺紅寶石激光器。
――20世紀60年代，有的實驗室用氦——氖氣體激光器做了傳送電視信號和20路電話的實驗。也有的公司制成了語言信道試驗性通信系統(tǒng)，最大傳輸距離為600米。到80年代初激光通信已進入應(yīng)用發(fā)展階段。
――1968年，日本兩家公司聯(lián)合宣布研制成了一種新型無套層光纖，它能聚集和成像，稱作聚焦纖維。同期，美國宣布制成液體纖維，它是利用石英毛細管充以高透明液構(gòu)成的。這兩種光纖的光耗損很難降低，所以實用價值不大。
――1970年美國康寧公司用高純石英生產(chǎn)出世界上第一根耗損率為每公里20分貝的套層光纖，開創(chuàng)了光纖通信的新篇章，使通信光纖研究躍進了一大步。一根光纖可以傳輸150萬路電話和2萬套電視。
――1976年日本在大孤附近的奈良縣開始籌建世界上第一個完全用光纜實現(xiàn)光通信的實驗區(qū)，到1978年7月已擁有300個用戶。（實際上光通信系統(tǒng)使用的不是單根光導(dǎo)纖維，而是由許多光纖維聚集在一起組成的光纜。一根直徑為1厘米的光纜，里面有近百根光導(dǎo)纖維。光纜和電纜一樣可以架在空中，埋入地下，也可以鋪設(shè)在海底，它的出現(xiàn)使激光通信進入實際應(yīng)用階段。）
啟示
人類的想象力和創(chuàng)造力是無窮的，當人們經(jīng)過艱苦的探索，掌握了光纖通信的奧秘，把地球用一束束的玻璃絲牢牢地裹起來以后，人們又把目標盯在了地球之外的宇宙空間，這就是宇宙激光通信。由于宇宙空間沒有大氣或塵埃，激光在那里傳輸時比在大氣中的衰減小得多，因而激光用于宇宙通信既優(yōu)越又經(jīng)濟，這受到各國的普遍重視，已經(jīng)有大量的科學(xué)家投身到了這個研究的領(lǐng)域。
當我們冷靜地回顧一下光通信的發(fā)展歷史時，不難發(fā)現(xiàn)，人們使用過的光通信的傳輸媒質(zhì)有大氣、水、液體纖維導(dǎo)管、玻璃纖維、光纜，甚至還在嘗試使用外層空間；用于光通信的波長范圍從紅外線、可見光到高頻射線。人類孜孜不倦的嘗試和豐富的想象力啟發(fā)我們：我們總可以找到比以前更好的傳輸媒質(zhì)！我們也可以充分利用電磁波廣闊的頻譜！
應(yīng)該認識到，人類的發(fā)明和創(chuàng)造通常是建立在對前人認識成果的改造和創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上的，盡管當前光通信傳輸領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的是光纖，但是這并不意味著其它方式被淘汰了，只要展開自己想象的翅膀，我們依然能夠找到更好的傳輸媒質(zhì)，當然我們也可以考慮將以前嘗試過的傳輸媒質(zhì)進行新的加工，從而獲得比光纖更優(yōu)越的傳輸性能。比如人類正在探索的宇宙光通信，它的身上不也閃爍著BELL光電話的靈感之光嗎？
全光網(wǎng)絡(luò)
傳輸網(wǎng)絡(luò)的最終目標是構(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”。
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)，將ASON技術(shù)應(yīng)用于骨干網(wǎng)，是實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)智能化的重要一步，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。DWDM也將在骨干網(wǎng)中一顯身手，未來有可能完全取代SDH，從而實現(xiàn)IPOVERDWDM。
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遇?；赟DH的MSTP技術(shù)成熟、兼容性好，特別是采用了RPR、GFP、LCAS和MPLS等新標準之后，已經(jīng)可以靈活有效地支持各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
技術(shù)
基于上述全光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架有很多核心技術(shù)，它們將引導(dǎo)光通信的未來發(fā)展。下面著重介紹ASON、FTTH、DWM、RPR這四項最重要的技術(shù)。
ASON
無論從國內(nèi)研發(fā)進展、試商用情況，還是從國外的發(fā)展經(jīng)驗來看，國內(nèi)運營商在傳送網(wǎng)中大規(guī)模引入ASON技術(shù)將是必然的趨勢。ASON(AutomaticallySwitchedOpticalNetwork，智能光網(wǎng)絡(luò)）是一種光傳送網(wǎng)技術(shù)。產(chǎn)品和市場狀況表明，ASON技術(shù)已經(jīng)達到可商用的成熟程度，隨著3G、NGN的大規(guī)模部署，業(yè)務(wù)需求將進一步帶動傳送網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計2007年ASON將得到更加廣泛的商用。
2006年各大主要設(shè)備提供商華為、中興、烽火、Lucent等已經(jīng)推出了其可商用的ASON產(chǎn)品。中國電信、中國網(wǎng)通、中國移動、中國聯(lián)通和中國鐵通陸續(xù)開展了ASON的應(yīng)用測試和小規(guī)模商用。
ASON在國外成功商用的經(jīng)驗表明，ASON將在骨干傳送網(wǎng)發(fā)揮不可替代的作用。例如，AT&T的140個節(jié)點覆蓋美國的骨干傳送網(wǎng)；BT組建21CN網(wǎng)，已建40個ASON節(jié)點；Vodafone的131個節(jié)點覆蓋英國的ASON骨干傳送網(wǎng)，等等。
然而，ASON在路由、自動發(fā)現(xiàn)、ENNI接口等幾方面的標準化工作還不完善，這成為制約ASON技術(shù)發(fā)展和商用的重要因素。未來中國將參與更多的ASON標準化工作，同時，ASON的標準化，尤其是其中ENNI的標準化，將取得突破性進展。
FTTH
FTTH(Fiber To The Home，光纖到戶）是下一代寬帶接入的最終目標。實現(xiàn)FTTH的技術(shù)中，EPON(Ethernet Passive Optical Networks)將成為未來中國的主流技術(shù)，而GPON（Gigabit-capable passive optical networks）最具發(fā)展?jié)摿Α?/span>
EPON采用Ethernet封裝方式，所以非常適于承載IP業(yè)務(wù)，符合IP網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的趨勢。國家已經(jīng)將EPON作為“863”計劃重大項目，并在商業(yè)化運作中取得了主動權(quán)。
GPON比EPON更注重對多業(yè)務(wù)的支持能力，因此更適合未來融合網(wǎng)絡(luò)和融合業(yè)務(wù)的發(fā)展。但是它還不夠成熟并且價格偏高，還無法在中國大規(guī)模推廣。
中國的FTTH還處于市場啟動階段，離大規(guī)模的商業(yè)部署還有一段距離。在未來的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中，運營商對本地網(wǎng)“最后一公里”的壟斷是制約FTTH發(fā)展的重要因素，采取“用戶駐地網(wǎng)運營商與房地產(chǎn)開發(fā)商合作實施”的形式，更有利于FTTH產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。從日本、美國、歐洲和韓國等國家的FTTH發(fā)展經(jīng)驗來看，F(xiàn)TTH的核心推動力在于網(wǎng)絡(luò)所提供的豐富內(nèi)容，而政府對應(yīng)用和內(nèi)容的監(jiān)控和管理政策也會制約FTTH的發(fā)展。
WDM
WDM突破了傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)容量的極限，將成為未來光網(wǎng)絡(luò)的核心傳輸技術(shù)。
按照通道間隔的不同，WDM(WavelengthDivisionMultiplexing，波分復(fù)用）可以分為DWDM（密集波分復(fù)用）和CWDM(稀疏波分復(fù)用）這兩種技術(shù)。DWDM是當今光纖傳輸領(lǐng)域的首選技術(shù)，但CWDM也有其用武之地。
2006年，烽火、華為等設(shè)備廠商都推出了自己的DWDM系統(tǒng)，國內(nèi)運營商也開展了相關(guān)的測試和小規(guī)模商用。未來DWDM將在對傳輸速率要求苛刻的網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮不可替代的作用，如利用DWDM來建設(shè)骨干網(wǎng)等。
相對于DWDM，CWDM具有成本低、功耗低、尺寸小、對光纖要求低等優(yōu)點。未來幾年，電信運營商將會嚴格控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，這時CWDM技術(shù)就有了自己的生存空間，它適合快速、低成本多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，如應(yīng)用于城域和本地接入網(wǎng)、中小城市的城域核心網(wǎng)等。
RPR
彈性分組環(huán)（ResilientPacketRing，RPR）將成為未來重要的光城域網(wǎng)技術(shù)。許多國內(nèi)外傳輸設(shè)備廠商都開發(fā)了內(nèi)嵌RPR功能的MSTP設(shè)備，RPR技術(shù)得到了大量芯片制造商、設(shè)備制造商和運營商的支持和參與。
在標準化方面，IEEE802.17的RPR標準已經(jīng)被整個業(yè)界認可，而國內(nèi)的相關(guān)標準化工作還在進行中。未來RPR將主要應(yīng)用于城域網(wǎng)骨干和接入方面，同時也可以在分散的政務(wù)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)中應(yīng)用，還可應(yīng)用于IDC和ISP之中。
優(yōu)點
光纖通信之所以受到人們的極大重視，這是因為和其它通信手段相比，具有無以倫比的優(yōu)越性。
1.通信容量大
從理論上講，一根僅有頭發(fā)絲粗細的光纖可以同時傳輸1000億個話路。雖然未達到如此高的傳輸容量，但用一根光纖同時傳輸24萬個話路的試驗已經(jīng)取得成功，它比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，如果再加上波分復(fù)用技術(shù)把一根光纖當作幾根、幾十根光纖使用，其通信容量之大就更加驚人了。
2.中繼距離長
由于光纖具有極低的衰耗系數(shù)（商用化石英光纖已達0.19dB/km以下），若配以適當?shù)墓獍l(fā)送與光接收設(shè)備，可使其中繼距離達數(shù)百公里以上。這是傳統(tǒng)的電纜（1.5km）、微波（50km）等根本無法與之相比擬的。因此光纖通信特別適用于長途一、二級干線通信。據(jù)報導(dǎo)，用一根光纖同時傳輸24萬個話路、100公里無中繼的試驗已經(jīng)取得成功。此外，已在進行的光孤子通信試驗，已達到傳輸120萬個話路、6000公里無中繼的水平。因此，在不久的將來實現(xiàn)全球無中繼的光纖通信是完全可能的。
3.保密性能好
光波在光纖中傳輸時只在其芯區(qū)進行，基本上沒有光“泄露”出去，因此其保密性能較好。
4.適應(yīng)能力強
5.體積小，重量輕
便于施工維護便于施工維護便于施工維護便于施工維護。光纜的敷設(shè)方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設(shè)，又可以水底和架空。
6.原材料來源豐富潛在價格低廉
缺點
我們知道，任何一件事物都不會是十全十美的。
1.質(zhì)地脆，機械強度差。
2.光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。
3.分路、耦合不靈活。
4.光纖光纜的彎曲半徑不能過?。?20cm）。
5.有供電困難問題。
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作者
