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光通信的发展历史

时间:2011-11-22来源:辉鹏网络 作者:xiaowu 点击:
内容提要: 光通信是指以光作为信息载体而实现的通信方式。
  

   1、什么叫光通信

  光通信是指以光作为信息载体而实现的通信方式。按传输介质的不同,可分为大气激光通信和光纤通信。大气激光通信是利用大气作为传输介质的激光通信。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输介质的一种通信方式。

  2、光通信发展史

  光通信的发展史最早可追溯到“烽火台”,这是一种目视光通信。可以说,我们的祖先是光通信的先驱,因为此后数千年间,远距离通信一直是用日视光通信来实现的。望远镜的出现,极大地延长了目视光通信的距离。但我们今X:fJi指的光通信与这种视觉通信完全不同,它是利用光波作为载波来传递信息的通信方式。从这个概念出发,光通信的历史只能从贝尔发明的“光电话”算起。1880年,贝尔发明了一种利用光波作为载波传输话音信息的“光电话”,他用可见光在数百米的距离上以无线方式进行r传输话音的“光电话一实验。然而由于受当时技术条件的限制,这种形式的光通信一直未能发展到实用阶段。究其原因有二:一是没有可靠的、高强度的光源;二是没有稳定的、低损耗的传输介质,因而难以得到高质量的光通信。在此后几f一年埋,由于卜述两个障碍未能突破,而使光通信一度沉寂。

  直到1960年7月8日,美国科学家梅曼(Maiman)发明了第一个红宝石激光器,才真正促成了光通信的实质性发展。紧接着,1962年霍尔(Hall)等人研制出r十分适合于光通信的半导体激光器后,光通信的研究才逐渐普遍起来,光通信中光源问题的解决为人们探索用光来传输信息的努力向前迈了一大步。

  激光器是基于物质原子、分子内能的变化而构成的光波振荡器。激光器发出的激光与普通光相比,潜线窄,方向性好,亮度高,是一种频率和相位都一致的相干光,其特性与无线电波相似,是一种理想的光载波。

  从原理上讲,有可能把微波通信中所应用的全套通信技术应用到激光通信上来,因此,激光器的出现,引发了世界性的大气激光通信技术研究热潮,从1961年到1970年,光通信的研究主要集中于利用大气作为传输介质的光传输实验,并陆续出现一些实用化系统。但是这种方式只能用在很短的距离上,并且受气候因素的影响十分严重,雨、雾、雪等都会造成严重的损耗。例如,雨能造成30dB/km的损耗,浓雾甚至可以造成高达120dB/km的损耗。计算表明,直径为5cm的激光束,传播1km距离,如果在其截面上有1/1000度的温差,接收端束斑将会偏离5cm,况且温差往往还不均匀、不稳定,致使终端束斑处于无规则的摆动状态,给接收造成困难。大气激光通信技术由于器件技术和系统技术的限制以及受气候变化的影响f分严重等诸多客观因素,使得它的应用受到很大的限制。要充分发挥光波作为通信介质的作用,必须寻找会新的概念,探索新的传输介质,寻找一种较为理想的光传输介质解决办法。

  20世纪60年代早期,曾经有过各式各样的传光方式探索。例如用空心光波导管、透镜(或反射镜)阵列等,但都不能达到预期的目的,也有不少人在试探石英光纤传光韵_HJ能性,却很少有人相信它可以用在长距离通信上。凶为当时作为光导纤维材料的石英玻璃损耗很大,直到60年代中期,优质光学玻璃的传输损耗仍高达1000 dB/km,并且普遍认为很难降低。在几乎毫无希望的情况F,英国标准电信研究所的华裔科学家高锟(K.C.Ka0)博士于1966年发表了一篇奠定光纤通信基础的重要论文,他指出:光导纤维的高损耗不是其本身固有的,而是由材料中所含杂质引起的,如果降低材料中的杂质含量,便可极大地降低光纤损耗。他还预言,通过降低材料的杂质含量和改造工艺,可使光纤的损耗下降到20 dB/km,这一推断引发了世界上几个主要实验室在这一领域的研究工作。1970年,美国康宁玻璃公司首先制成了衰减为20 dB/km(即光波沿光纤传输1 km后,光能损耗为原来的1%)的低损耗石英光纤。这是光通信发展的划时代事件,它使人们确认光导纤维完全能胜任作为光通信的传输介质,使原来处于朦胧状态的光通信形象至此豁然明朗,也就是说,确立了光通信向光纤通信方向发展的明确目标,揭开了光纤通信发展的新篇章。这也是通信技术发展史一次“重大变革”。于是,有人也将1970年称为光纤通信的“元年”。

  总之,20世纪60年代,在光通信发展史上出现了两个重大突破:一是在室温下连续工作的双异质结构半导体激光器的出现,二是低损耗光导纤维的问世。这两种技术的结合促进了光通信的新生,使通信技术的发展跃过了300GHz(1 GHz—lO。Hz)至300 TH:(1 THz=10”Hz)这一频率跨度,而跃人了光纤通信时代。

  此后数年中,光纤通信得到爆炸性的发展。至1974年,多模光纤损耗降低到了2 dB/km,1976年又获得了1.31μm,1.55μm两个低损耗的长波长窗口,1980年1.55μm窗口处的光纤损耗低至0.2dB/km,已接近理论值。到80年代中期,已能获得小于0·4 dB/kin(1·31 p.m处)和0.25 dB/km(1.55 pm处)的低损耗商用光纤。

  随着光纤损耗的降低,也随着新的激光器件和光检测器的不断研制成功,各种实用的光纤通信系统陆续出现,1976年在美国亚特兰大首次成功地进行了速率为44.7Mb/s的光纤通信系统商用试验。至80年代初,光纤通信系统已在各国大规模推广应用a发展到今天,单波长光纤通信系统的传输速率已达到40 Gb/s,160 Tb/s单波长系统已在实验室试验采用DWDM技术的光纤通信系统的传输速率已达到10 Tb/s以上。短短的30多年,光纤通信系统的传输速率提高了20万倍,可见它的发展速度是前所未有的。

  今天,电话、传真、电子邮件已广泛进入社会生活的各个环节,新的需要(如家庭购物、电子理财、远程医疗、视频点播等)又摆到日程上来,所有这一切,归结起来仍然是追求更高速的电子器件和更宽广的频带宽度,这将推动着光纤通信技术向前发展并永无IE境。


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