序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇光通信論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

1.1基于光電探測器直接耦合的FSO系統

早在30多年前，自由空間光通信曾掀起了研究的熱潮，但當時的器件技術、系統技術和大氣信道光傳輸特性本身的不穩定性等諸多客觀因素卻阻礙了它的進一步發展。與此同時，隨著光纖制作技術、半導體器件技術、光通信系統技術的不斷完善和成熟，光纖通信在20世紀80年代掀起了熱潮，自由空間光通信一度陷入低谷。然而，隨著骨干網的基本建成以及最后一公里問題的出現，以及近年來大功率半導體激光器技術、自適應變焦技術、光學天線的設計制作及安裝校準技術的發展和成熟，自由空間光通信的研究重新得到重視。

在國外，FSO系統主要在美英等經濟和技術發達的國家生產和使用。到目前為止，FSO己被多家電信運營商應用于商業服務網絡，比較典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奧運會上，Terabeam公司成功地使用FSO設備進行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實現了利用FSO設備向客戶提供10OMb/s的數據連接。該公司還計劃4年內在全美建設100個FSO城市網絡。而Airfiber公司則在美國波士頓地區將FSO通信網與光纖網（SONET）通過光節點連接在一起，完成了該地區整個光網絡的建設。

目前商用的FSO系統（見圖1）通常采用光源直接輸出、光電探測器直接耦合的方式，這種系統有以下幾點缺點：

（l）半導體激光器出射光束在水平方向和垂直方向的發散角不同，且出射光斑較粗，因此我們需要先將出射光束整形為圓高斯光束再準直擴束后發射，這樣發射端的光學系統就較為復雜，體積也會相應增大。

（2）在接收端，光斑經光學天線會聚之后直接送入PD轉化為電信號。通常，我們需要提供點到點的，雙向的通信系統，這樣，FSO系統的每個終端都包括了激光器，探測器，光學系統，電子元器件和其中有源器件所需要的電源。這種系統的體積通常比較大，重量大，成本也比較高。從FSO系統終端的內部結構圖中可以看出，完成一個簡單的點到點的鏈路需要6個OE轉換單元。隨著人們對帶寬的需求越來越高，PD的成本也越來越高，6個OE轉換單元大大增加了成本閉。

（3）FSO終端設備一般安裝于樓頂，如果終端中含有大量的有源設備，會給我們的安裝帶來了很多不方便。

（4）系統的可擴展性很小。如果用戶所需要的帶寬增加，那么封裝在一起的整個FSO系統終端都需要被新的終端取代，安裝新設備的過程需要再次對準，整個升級過程所需要的時間很長，給人們帶來巨大的損失。

1.2基于光纖耦合技術的FSO系統

光纖輸出、光纖輸入的自由空間光通信系統（見圖2），激光器輸出的高斯光束耦合至光纖再經準直出射，傳輸一定距離后，光束通過合適的聚焦光學系統聚焦在光纖纖芯上，沿著光纖傳輸后經PD接收還原信號。這樣我們通過在發射和接收端都采用光纖連接的方式，只需要在樓頂放置光學天線系統，而將其他的控制系統通過光纖放置于室內就可以實現點到點的連接，整個系統結構簡單，易于安裝。

這種新型的FSO系統具有以下優點：①減少了不必要的E一O轉換，一條鏈路現在只需要2個OE接口即可，大大降低了成本。②光學系統較為簡單，光纖出射的光束一般為圓高斯光，不需要整形，簡化了光學系統，減小了體積，易于安裝。③易于升級及維護，當用戶的帶寬增加時，我們只需要對放置在室內的系統進行升級即可，免去了復雜繁瑣的對準過程。④基于光纖耦合的空間光通信系統能夠很好的與現有的光纖通信網絡結合，利用現有的比較成熟的光纖通信系統中的器件如發射接收模塊，EDFA和WDM中所用到的復用器和解復用器。⑤可以與光碼分多址復用技術（OCDMA）相結合，構成自由空間OCDMA系統，進一步擴大系統的帶寬。

對于一個基于光纖耦合技術的FSO系統而言，以下2個因素必不可少：①體積小，重量輕的光學天線系統一個最佳的光學天線的設計首先必須使盡可能多的光耦合進單模光纖，獲得最大的耦合效率；其次要能通過粗跟蹤系統測出入射光的角度；另外，必須滿足盡可能高的通信速率和穩定性。②性能良好的跟蹤系統要使光學接收天線接收到的光能夠有效的耦合進纖芯和數值孔徑都極小的單模光纖，我們必須為系統加上雙向的跟蹤系統。

2國內空間光通信系統研究現狀和進展

我國衛星間光通信研究與歐、美、日相比起步較晚。國內開展衛星光通信的單位主要有哈爾濱工業大學（系統模擬和關鍵技術研究）、清華大學（精密結構終端和小衛星研究）、北京大學（重點研究超窄帶濾波技術）和電子科技大學（側重于APT技術研究）。目前已完成了對國外研究情況的調研分析，進行了星間光通信系統的計算機模擬分析及初步的實驗室模擬實驗研究，大量的關鍵技術研究正在進行，與國外相比雖有一定的差距，但近些年來在光通信領域也取得了一些顯著的成就。

2002年哈爾濱工業大學成功地研制了國內首套綜合功能完善的激光星間鏈路模擬實驗系統，該系統可模擬衛星間激光鏈路瞄準、捕獲、跟蹤、通信及其性能指標的測試。所研制的激光星間鏈路模擬實驗系統的綜合功能、衛星平臺振動對光通信系統性能的影響及對光通信關鍵單元技術的攻關研究有創新性，其技術水平為國內領先，達到國際先進水平，目前該項研究已進入工程化研究階段。上海光機所研制出了點對點155M大氣激光通信機樣機，該所承擔的“無線激光通信系統”項目也在2003年1月份通過了驗收，該系統具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能，其傳輸速率可達622Mb/s，通信距離可以達到2km，自動跟蹤系統的跟蹤精度為0.1mrad，響應時間為0.2s。中科院成都光電所于2004年在國內率先推出了10M碼率、通信距離300m的點對點國產激光無線通信機商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最遠通信距離可達8km，速率為10~155M。武漢大學于2006年在國內首先完成42M多業務大氣激光通信試驗，2007年3月又在國內率先完成全空域FSO自動跟蹤伺服系統試驗，這為開發機載、星載激光通信系統和地面帶自動目標捕獲功能的FSO系統創造了條件。另外在光無線通信系統設計、以太網光無線通信、USB接口光無線通信、大氣激光傳輸、大氣光通信收發模塊和信號復接/分接技術等方面都取得了多項成果。

3自由空間光通信技術的應用與未來發展趨勢

自由空間光通信和其他無線通信相比，具有不需要頻率許可證、頻率寬、成本低廉、保密性好，低誤碼率、安裝快速、抗電磁干擾，組網方便靈活等優點。正是由于這些特點，FSO系統正受到電信運營商越來越多的關注與青睞。對于有線運營商，FSO可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而其成本只有地下埋設光纜的五分之一，而且不需要等6個月才能拿到施工許可證。對于無線運營商，在昂貴的E1/T1租用線路和帶寬較低的微波解決方案之外，FSO在流量回輸方面提供了一個經濟的替代選擇。在目前這個競爭激烈的環境中，FSO無疑為電信運營商以較低的成本加速網絡部署，提高“服務速度”并降低網絡操作費用提供了可能。而且FSO技術結合了光纖技術的高帶寬和無線技術的靈活、快速部署的特性，可以在接入層等近距離高速網的建設中大有用武之地，在目前許多企業和機構都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高）的情況下，FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。

FSO產品目前最高速率可達2.5G，最遠可傳送4km，在本地網和邊緣網等近距離高速網的建設中大有用武之地，主要應用于一些不宜布線或是布線成本高、施工難度大、經市政部門審批困難的地方，如市區高層建筑物之間、公路（鐵路）兩側的建筑物之間、不易架橋的河流兩岸之間、古建筑、高山、島嶼以及沙漠地帶等。另外，FSO設備也可用于移動基站的環路建設、場所比較分散的企業局域網子網之間的連接和應急通信。對于銀行、證券、政府機關等需要穩定服務的商業應用來說，FSO產品可以作為預防服務中斷的光纖備份設備。

當然，FSO在應用過程中也存在一定的瓶頸，主要是會受到大氣狀況或物理障礙的影響，比如其光束在傳輸中極易受大霧等惡劣天氣，物理阻隔或建筑物的晃動/地震的影響。在惡劣的天氣下，光束傳輸的距離會下降，從而降低通信的可靠性，嚴重的甚至會造成通信中斷。

盡管存在不少問題，但自由空間光通信的技術優勢更為明顯，其自身的特點決定了在一定的環境下，它可以最大發揮自身優勢，比如可以用于不便鋪設光纖的地方和不適宜使用微波的地方；又由于光纖成本過高，用戶無法在短期內實現光纖接入，而他們卻渴望享受寬帶接入帶來的便利，結合我國現階段寬帶網絡的實際情況——許多企業和機構都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高），FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。FSO系統解決了寬帶網絡的“最后一公里”的接入，實現了光纖到桌面，完成語音、數據、圖像的高速傳輸，拉動了聲訊服務業和互動影視傳播，實現了“三網融合”，有利于電子政務、電子商務、遠程教育及遠程醫療的發展，并產生了巨大的效益，具有廣闊的應用領域和市場前景。

參考文獻：

［1］ZHUX，KAHNJM.Freespaceopticalcommunicationthroughatmo-sphericturbulencechannels［J］.IEEETransactionsonCommunications，2002，50（8）：1293-1300.

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篇(2)

你的天方夜譚，我來成全

23年前，34歲的譚立英在北京圖書館查閱資料，準備她的碩士畢業論文。查閱了上千篇資料后，有關衛星激光通信的數據讓她眼前一亮――衛星與衛星間、衛星與地面間用“光”連接起來，可以形成空間的信息高速公路。要是能在浩瀚空間建立一個無線光網絡，實時進行高速信息傳輸，這將是一件多么了不起的事情啊！

這個想法令譚立英興奮不已，可當她著手去做這件事情時，難度大于想象。彼時，她是哈爾濱工業大學物理系的教師，一個5歲孩子的媽媽，每天一邊上課，一邊做碩士論文，還要照顧孩子。丈夫加同事馬晶遠在日內瓦深造。在當時那個年代，衛星微波通信還不成熟，更不要說是衛星激光通信，幾乎所有的人都認為譚立英的想法是天方夜譚，包括譚立英當時的導師。

導師勸她：“方向雖好，但難度太大了，難以畢業。你要堅持做這個，碩士論文所需的研究費用還要你自己解決。”譚立英點點頭，說：“會想到辦法的。”其實，她一點辦法都沒有，她只是怕絲毫猶豫都會讓心中燃燒的激情之火熄滅。她34歲了，不想在這個能有所成就的年紀里，提前老氣橫秋。

譚立英沒有想到，為了她的項目，丈夫提前回國。他把家里所有存款取出來，一共不到2萬元，對她說：“沒經費，我們就用家里的錢，我陪著你一起干。”

久別重逢，夫妻倆的卿卿我我就是通宵地討論那片科學的空白之地。5歲的女兒聽得厭煩了，嫉妒地對爸爸說：“你都有一年多沒看到我了，我還是沒有你們的課題重要，我真想變成天上的衛星，讓你們天天研究研究我。”女兒的話，把夫妻倆逗笑了。譚立英親親女兒，牽牽丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即將要做的連結天與地的事情，她的幸福神圣而隱秘。

連接天地的幸福，神圣隱秘

創業之初的日子無比艱難。他們的實驗室設在一間地下室里，潮氣重，所有的紙質材料因浸入了潮氣而變得綿軟，難以翻閱。馬晶放了一個除濕機，每天都能抽出三箱水來。

家里的積蓄和微薄的工資是全部科研經費，譚立英不得不算計著花。為了節省費用，譚立英出門能步行絕不坐公交，坐火車也只買硬座，餐桌上長年是白菜土豆。女兒三番兩次抗議后，每周的土豆燉白菜里可以出現幾片肥瘦相間的肉，算是改善了伙食。以至于女兒說：“在咱們家，實驗是親生的，我是馬路上撿來的。”

盡管如此，困難依然接踵而至。建立理論模型需要實驗測試驗證，沒有經費就沒有最基本的實驗設備，初步的原理驗證無法進行。一天，馬晶略帶得意地安慰妻子：“咱們的儀器有了。”他賣起關子說，這是個秘密。

兩天后，馬晶神秘地把妻子帶到實驗室。拉開實驗室門的一剎那，譚立英驚呆了――地上擺了一堆破爛。馬晶如數家珍：“這是教學實驗室報廢的儀器，有些修一修興許能用。”譚立英半信半疑。之后的幾天，夫妻倆在實驗室忙活開了。他們首先將這些破爛整理歸類，湊成了幾件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重組”，它們重新變成了實驗設備。七天之后，實驗設備開始集體工作，半個月后，他們完成了測試驗證。譚立英獲得了有效的發射測試數據，完成了她的畢業論文。

論文寫下最后一個句號時，譚立英不得不為當天的晚餐發愁――研究已經花光了家中全部的積蓄，晚餐在哪里都成了問題。為了安慰女兒，馬晶對女兒說：“媽媽的論文完成了，這是個非常值得祝賀的日子，按照行規，今天得吃白水煮面，意味著萬事順順利利。”一家三口用開水干杯，以白水煮面條充饑。

當晚，女兒睡后，馬晶對譚立英說：“研究衛星激光通信是一個從無到有的工作，以后還會有更多的困難，你要做好思想準備。你只要記住一條，我一直在你身邊，你不是一個人。”

譚立英看看熟睡的女兒，滿心愧疚。馬晶拍拍她的肩膀，說：“她會理解的，你應該想到這個過程本身對她就是一種富養。”

有種浪漫，身心相伴

1995年，“彈盡糧絕”的秋天，譚立英帶著碩士論文和幾十袋方便面住進了北京阜成路8號航天部招待所。倔強的她要給這個研究項目跑出一筆經費來。

跑經費的日子也是譚立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷語也是常聽的，很多時候譚立英轉身出門時，淚水就滴在了衣襟上。作為一個知識分子，她的自尊不允許她在別人面前以眼淚獲得支持。每一次，當眼淚于人前奪眶而出時，她都借口去衛生間，哭夠了，再回來繼續陳述她的研究。

沒有任何門路的譚立英完全是用研究熱情打動了航天部的工作人員。幾乎每一個看了她論文的人都會驚奇地問：“是誰支持你做衛星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項目經費支持，是拿自己家里錢做的。”

陳芳允院士――中國衛星測量、控制技術的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎章”獲得者，863計劃的倡導者之一，讀了譚立英的畢業論文，了解了他們所做的工作之后，激動地說：“你們做得非常好！國家需要衛星激光通信，也一定會支持你們的研究工作。希望你們能繼續做下去，不要有任何顧慮。”此后，馬晶和譚立英陸續獲得了來自哈爾濱工業大學和航天五院的科研基金，建立了團隊，研究工作也逐步進入正軌。

試驗進入收尾階段時，由于估計不足，科研經費又一次出現了短缺。大家自帶行李，擠進了租來的簡易房。馬晶、譚立英把家里的電視機、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進了這個“新家”。所有研究人員每天中午只吃6元的盒飯。到了晚上，譚立英又變身為廚師，她拿出科研精神鉆研廚藝，每天不重樣地為大家做上一頓像樣的飯菜。

2011年10月25日，讓譚立英夫婦銘記一生的日子，那是中國首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗成功的日子。試驗現場的大屏幕上，“海洋二號”衛星以時速2萬余千米的速度疾馳而來，它經過試驗區域的時間只有幾分鐘。衛星光信號與地面光信號準確對準，實現了快速雙向捕獲、鏈接并跟蹤。

11秒！地面終端就成功捕獲到星上終端發出的光信號。這一刻，譚立英期盼了太久。馬晶說，20年，比他想象的時間還要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久戰的準備。

這次試驗的成功是中國衛星通信技術發展史上的一個里程碑。它標志著中國在空間高速信息傳輸這一航天高技術尖端領域走在了世界發展前列。這也是世界上首次星地直接探測高速激光通信鏈路新技術試驗取得圓滿成功。這為在空中搭建無線光網做好了準備。

篇(3)

近日，在歐洲光通信會議（ECOC）期間，中興通訊宣布在400G高速傳輸領域創造了一項世界紀錄：試驗中采用其專利技術將40個波分信道的400Gb/s 單載波極化復用的QPSK信號，成功實現了2800 公里長距離標準單模光纖的傳輸，刷新了此前單載波400G的傳輸1200公里的世界紀錄。

歐洲光通信會議（ECOC）光通信領域最重要的、最有影響力的高水平國際學術會議之一，對光電子和光通信當前及未來應用技術的發展進行探討。該實驗結果經過全球知名專家的評選和推薦，被9月17日舉行的歐洲光通信會議（ECOC）會議論文收錄并于會議期間。

單載波傳輸具有收發結構簡單、管理容易的特點，是業內最看好的調制碼信號。此前單載波400G的傳輸紀錄是1200公里，且采用的是特殊昂貴光纖和全光拉曼放大的技術。中興通訊此次試驗，使用的中興通訊專利技術實現的40個波分信道的400Gb/s單載波極化復用的QPSK信號，是目前技術最成熟，靈敏度最高的調制方案，即便不考慮成本昂貴的超低損耗光纖和拉曼放大器，僅使用當前廣泛應用的標準單模光纖和普通摻鉺光纖放大器，也能實現超長距離的系統傳輸，試驗中成功實現了35跨段，每段80公里，共2800公里的長距離傳輸，證明了超100G在現有光纖傳輸系統中部署的可行性。且系統單載波達到業內最高頻譜效率，達到108Gbaud。

中興通訊多年來一直致力于100G、400G/1T等超100G技術的研究以及產品方案的研發與應用，立足于100G以及超100G高速信號傳輸技術的尖端技術研究和開發，近年來攻克了該領域若干關鍵技術并持續多項成果：中興通訊全球首次在實驗中實現了單信道為11.2Tbit/s的光信號，并成功實現讓該信號在標準單模光纖中的640公里傳輸，刷新了此前單信道傳輸最高速率為1Tb/s光信號的世界記錄；實現了24Tb/s（24x1.3Tb/s）波分復用信號傳輸，是業界首次實現Terabit/s的波分復用技術；2012年2月，中興通訊與德國電信合作，在德國本土成功完成100G/400G/1T信號的2450公里超長距離混合傳輸，創造了迄今為止業內高速信號混傳最長距離的現場試驗記錄。

在全球光通訊產業步入100G速率的超寬網絡時代，中興通訊作為全球領先的新一代承載網解決方案與設備、服務提供商，2010年率先在業內全程100G承載解決方案，提供從交換機、路由器和波分OTN全系列100G產品，為客戶提供從邊緣層到核心層的端到端解決方案。 2011年7月在全球光電子和通信會議（OECC）上展示了全球首個1Tb/s的DWDM原型系統及試驗結果。2012年面向各類網絡應用的7種方案的400G/1T DWDM 原型樣機已對外。在100G、超100G專利方面，中興通訊已申請數十項專利，涵蓋了100G光模塊、Framer、芯片、系統等多方面。目前中興通訊已經與西歐、東歐、亞太、中國等區域和國家的主流運營商在100G、超100G領域完成了多項實驗網項目，成為全球高速光通信傳輸技術快速發展的“引擎”。

篇(4)

為了適應網絡發展和傳輸流量提高的需求，傳輸系統供應商都在技術開發上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纖上進行了55x20Gbit/s傳輸的研究，實現了1.1Tbit/s的傳輸。NEC公司進行了132x20Gbit/s、120km傳輸的研究，實現了2.64Thit/s的傳輸。NTT公司實現了3Thit/s的傳輸。目前，以日本為代表的發達國家，在光纖傳輸方面實現了10.96Thit/s(274xGbit/s)的實驗系統，對超長距離的傳輸已達到4000km無電中繼的技術水平。在光網絡方面，光網技術合作計劃(ONTC)、多波長光網絡(MONET)、泛歐光子傳送重疊網(PHOTON)、泛歐光網絡(OPEN)、光通信網管理(MOON)、光城域通信網(MTON)、波長捷變光傳送和接入網(WOTAN)等一系列研究項目的相繼啟動、實施與完成，為下一代寬帶信息網絡，尤其為承載未來IP業務的下一代光通信網絡奠定了良好的基礎。

(一)復用技術

光傳輸系統中，要提高光纖帶寬的利用率，必須依靠多信道系統。常用的復用方式有：時分復用(TDM)、波分復用(WDM)、頻分復用(FDM)、空分復用(SDM)和碼分復用(CDM)。目前的光通信領域中，WDM技術比較成熟，它能幾十倍上百倍地提高傳輸容量。

(二)寬帶放大器技術

摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM技術實用化的關鍵，它具有對偏振不敏感、無串擾、噪聲接近量子噪聲極限等優點。但是普通的EDFA放大帶寬較窄，約有35nm(1530～1565nm)，這就限制了能容納的波長信道數。進一步提高傳輸容量、增大光放大器帶寬的方法有：(1)摻餌氟化物光纖放大器(EDFFA)，它可實現75nm的放大帶寬；(2)碲化物光纖放大器，它可實現76nm的放大帶寬；(3)控制摻餌光纖放大器與普通的EDFA組合起來，可放大帶寬約80nm；(4)拉曼光纖放大器(RFA)，它可在任何波長處提供增益，將拉曼放大器與EDFA結合起來，可放大帶寬大于100nm。

(三)色散補償技術

對高速信道來說，在1550nm波段約18ps(mmokm)的色散將導致脈沖展寬而引起誤碼，限制高速信號長距離傳輸。對采用常規光纖的10Gbit/s系統來說，色散限制僅僅為50km。因此，長距離傳輸中必須采用色散補償技術。

(四)孤子WDM傳輸技術

超大容量傳輸系統中，色散是限制傳輸距離和容量的一個主要因素。在高速光纖通信系統中，使用孤子傳輸技術的好處是可以利用光纖本身的非線性來平衡光纖的色散，因而可以顯著增加無中繼傳輸距離。孤子還有抗干擾能力強、能抑制極化模色散等優點。色散管理和孤子技術的結合，凸出了以往孤子只在長距離傳輸上具有的優勢，繼而向高速、寬帶、長距離方向發展。

(五)光纖接入技術

隨著通信業務量的增加，業務種類更加豐富。人們不僅需要語音業務，而且高速數據、高保真音樂、互動視頻等多媒體業務也已得到用戶青睞。這些業務不僅要有寬帶的主干傳輸網絡，用戶接人部分更是關鍵。傳統的接入方式已經滿足不了需求，只有帶寬能力強的光纖接人才能將瓶頸打開，核心網和城域網的容量潛力才能真正發揮出來。光纖接入中極有優勢的PON技術早就出現了，它可與多種技術相結合，例如ATM、SDH、以太網等，分別產生APON、GPON和EPON。由于ATM技術受到IP技術的挑戰等問題，APON發展基本上停滯不前，甚至走下坡路。但有報道指出由于ATM交換在美國廣泛應用，APON將用于實現FITH方案。GPON對電路交換性的業務支持最有優勢，又可充分利用現有的SDH，但是技術比較復雜，成本偏高。EPON繼承了以太網的優勢，成本相對較低，但對TDM類業務的支持難度相對較大。所謂EPON就是把全部數據裝在以太網幀內傳送的網絡技術。現今95％的局域網都使用以太網，所以選擇以太網技術應用于對IP數據最佳的接入網是很合乎邏輯的，并且原有的以太網只限于局域網，而且MAC技術是點對點的連接，在和光傳輸技術相結合后的EPON不再只限于局域網，還可擴展到城域網，甚至廣域網，EPON眾多的MAC技術是點對多點的連接。另外光纖到戶也采用EPON技術。

二、光纖通信技術的發展趨勢

對光纖通信而言，超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標，光纖到戶和全光網絡也是人們追求的夢想。

(一)光纖到戶

現在移動通信發展速度驚人，因其帶寬有限，終端體積不可能太大，顯示屏幕受限等因素，人們依然追求陸能相對占優的固定終端，希望實現光纖到戶。光纖到戶的魅力在于它有極大的帶寬，它是解決從互聯網主干網到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現象的最佳方案。隨著技術的更新換代，光纖到戶的成本大大降低，不久可降到與DSL和HFC網相當，這使FITH的實用化成為可能。據報道，1997年日本NTT公司就開始發展FTTH，2000年后由于成本降低而使用戶數量大增。美國在2002年前后的12個月中，FTTH的安裝數量增加了200％以上。在我國，光纖到戶也是勢在必行，光纖到戶的實驗網已在武漢、成都等市開展，預計2012年前后，我國從沿海到內地將興起光纖到戶建設。可以說光纖到戶是光纖通信的一個亮點，伴隨著相應技術的成熟與實用化，成本降低到能承受的水平時，FTTH的大趨勢是不可阻擋的。

(二)全光網絡

傳統的光網絡實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍用電器件，限制了目前通信網干線總容量的提高，因此真正的全光網絡成為非常重要的課題。全光網絡以光節點代替電節點，節點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴展性，并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率，網絡結構簡單，組網非常靈活，可以隨時增加新節點而不必安裝信號的交換和處理設備。當然全光網絡的發展并不可能獨立于眾多通信技術，它必須要與因特網、ATM網、移動通信網等相融合。目前全光網絡的發展仍處于初期階段，但已顯示出良好的發展前景。從發展趨勢上看，形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層，建立純粹的全光網絡，消除電光瓶頸已成未來光通信發展的必然趨勢，更是未來信息網絡的核心，也是通信技術發展的最高級別，更是理想級別。

三、結語

篇(5)

    [論文摘要]由于光纖通信具有損耗低、傳榆頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點,備受業內人士青睞,發展非常迅速,文章概述光纖通信技術的發展現狀,并展望其發展趨勢。

    一、前 言

    1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham),預見了低損耗的光纖能夠用于通信,敲開了光纖通信的大門,引起了人們的重視。1970年,美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖,光纖通信時代由此開始。光纖通信是以很高頻率(1014Hz數量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點,備受業內人士青睞,發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年增加了近1萬倍,傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。

    二、光纖通信技術的發展現狀

    為了適應網絡發展和傳輸流量提高的需求,傳輸系統供應商都在技術開發上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纖上進行了55x20Gbit/s傳輸的研究,實現了1.1Tbit/s的傳輸。NEC公司進行了132x20Gbit/s、120km傳輸的研究,實現了2.64Thit/s的傳輸。NTT公司實現了3Thit/s的傳輸。目前,以日本為代表的發達國家,在光纖傳輸方面實現了10.96Thit/s(274xGbit/s)的實驗系統,對超長距離的傳輸已達到4000km無電中繼的技術水平。在光網絡方面,光網技術合作計劃(ONTC)、多波長光網絡(MONET)、泛歐光子傳送重疊網(PHOTON)、泛歐光網絡(OPEN)、光通信網管理(MOON)、光城域通信網(MTON)、波長捷變光傳送和接入網(WOTAN)等一系列研究項目的相繼啟動、實施與完成,為下一代寬帶信息網絡,尤其為承載未來IP業務的下一代光通信網絡奠定了良好的基礎。

    (一)復用技術

    光傳輸系統中,要提高光纖帶寬的利用率,必須依靠多信道系統。常用的復用方式有:時分復用(TDM)、波分復用(WDM)、頻分復用(FDM)、空分復用(SDM)和碼分復用(CDM)。目前的光通信領域中,WDM技術比較成熟,它能幾十倍上百倍地提高傳輸容量。

    (二)寬帶放大器技術

    摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM技術實用化的關鍵,它具有對偏振不敏感、無串擾、噪聲接近量子噪聲極限等優點。但是普通的EDFA放大帶寬較窄,約有35nm(1530~1565nm),這就限制了能容納的波長信道數。進一步提高傳輸容量、增大光放大器帶寬的方法有:(1)摻餌氟化物光纖放大器(EDFFA),它可實現75nm的放大帶寬;(2)碲化物光纖放大器,它可實現76nm的放大帶寬;(3)控制摻餌光纖放大器與普通的EDFA組合起來,可放大帶寬約80nm;(4)拉曼光纖放大器(RFA),它可在任何波長處提供增益,將拉曼放大器與EDFA結合起來,可放大帶寬大于100nm。

    (三)色散補償技術

    對高速信道來說,在1550nm波段約18ps(mmokm)的色散將導致脈沖展寬而引起誤碼,限制高速信號長距離傳輸。對采用常規光纖的10Gbit/s系統來說,色散限制僅僅為50km。因此,長距離傳輸中必須采用色散補償技術。

    (四)孤子WDM傳輸技術

    超大容量傳輸系統中,色散是限制傳輸距離和容量的一個主要因素。在高速光纖通信系統中,使用孤子傳輸技術的好處是可以利用光纖本身的非線性來平衡光纖的色散,因而可以顯著增加無中繼傳輸距離。孤子還有抗干擾能力強、能抑制極化模色散等優點。色散管理和孤子技術的結合,凸出了以往孤子只在長距離傳輸上具有的優勢,繼而向高速、寬帶、長距離方向發展。

    (五)光纖接入技術

    隨著通信業務量的增加,業務種類更加豐富。人們不僅需要語音業務,而且高速數據、高保真音樂、互動視頻等多媒體業務也已得到用戶青睞。這些業務不僅要有寬帶的主干傳輸網絡,用戶接人部分更是關鍵。傳統的接入方式已經滿足不了需求,只有帶寬能力強的光纖接人才能將瓶頸打開,核心網和城域網的容量潛力才能真正發揮出來。光纖接入中極有優勢的PON技術早就出現了,它可與多種技術相結合,例如ATM、SDH、以太網等,分別產生APON、GPON和EPON。由于ATM技術受到IP技術的挑戰等問題,APON發展基本上停滯不前,甚至走下坡路。但有報道指出由于ATM交換在美國廣泛應用,APON將用于實現FITH方案。GPON對電路交換性的業務支持最有優勢,又可充分利用現有的SDH,但是技術比較復雜,成本偏高。EPON繼承了以太網的優勢,成本相對較低,但對TDM類業務的支持難度相對較大。所謂EPON就是把全部數據裝在以太網幀內傳送的網絡技術。現今95%的局域網都使用以太網,所以選擇以太網技術應用于對IP數據最佳的接入網是很合乎邏輯的,并且原有的以太網只限于局域網,而且MAC技術是點對點的連接,在和光傳輸技術相結合后的EPON不再只限于局域網,還可擴展到城域網,甚至廣域網,EPON眾多的MAC技術是點對多點的連接。另外光纖到戶也采用EPON技術。

    三、光纖通信技術的發展趨勢

    對光纖通信而言,超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標,光纖到戶和全光網絡也是人們追求的夢想。

    (一)光纖到戶

    現在移動通信發展速度驚人,因其帶寬有限,終端體積不可能太大,顯示屏幕受限等因素,人們依然追求陸能相對占優的固定終端,希望實現光纖到戶。光纖到戶的魅力在于它有極大的帶寬,它是解決從互聯網主干網到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現象的最佳方案。隨著技術的更新換代,光纖到戶的成本大大降低,不久可降到與DSL和HFC網相當,這使FITH的實用化成為可能。據報道,1997年日本NTT公司就開始發展FTTH,2000年后由于成本降低而使用戶數量大增。美國在2002年前后的12個月中,FTTH的安裝數量增加了200%以上。在我國,光纖到戶也是勢在必行,光纖到戶的實驗網已在武漢、成都等市開展,預計2012年前后,我國從沿海到內地將興起光纖到戶建設。可以說光纖到戶是光纖通信的一個亮點,伴隨著相應技術的成熟與實用化,成本降低到能承受的水平時,FTTH的大趨勢是不可阻擋的。

    (二)全光網絡

    傳統的光網絡實現了節點間的全光化,但在網絡結點處仍用電器件,限制了目前通信網干線總容量的提高,因此真正的全光網絡成為非常重要的課題。全光網絡以光節點代替電節點,節點之間也是全光化,信息始終以光的形式進行傳輸與交換,交換機對用戶信息的處理不再按比特進行,而是根據其波長來決定路由。全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴展性,并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率,網絡結構簡單,組網非常靈活,可以隨時增加新節點而不必安裝信號的交換和處理設備。當然全光網絡的發展并不可能獨立于眾多通信技術,它必須要與因特網、ATM網、移動通信網等相融合。目前全光網絡的發展仍處于初期階段,但已顯示出良好的發展前景。從發展趨勢上看,形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層,建立純粹的全光網絡,消除電光瓶頸已成未來光通信發展的必然趨勢,更是未來信息網絡的核心,也是通信技術發展的最高級別,更是理想級別。

篇(6)

10月6日下午,2009年諾貝爾物理學獎揭曉,高錕與美國貝爾實驗室的威拉德?博伊爾(Willard Boyle)、喬治?史密斯(George Smith)共獲殊榮。高錕的獲獎成果,是在英國標準電訊實驗室完成的。后來,他在香港中文大學做過九年校長(1987年至1996年),直至退休。

由于在光纖通信領域的開創性成就,高錕將獲得約140萬美元獎金的一半,博伊爾和史密斯發明了用于數字圖像技術的CCD傳感器,將各獲四分之一的獎金。

三位科學家40年前的研究,幫助構建了當下的信息時代,也為自己贏得了諾貝爾獎。

高錕與低損耗光纖

20世紀60年代初,激光器的發明給光通信研究帶來了新的希望――激光束不僅具有亮度高等優點,還可以在光纖中傳播。

但由于缺乏穩定、可靠和低損耗的傳輸介質,光通信似乎仍是一個遙不可及的目標,因為光信號在當時的光纖材料中只能傳輸20米。

當時,高錕是國際電話電報公司旗下英國標準電訊實驗室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第,孩提時代的他就喜歡科學實驗,甚至自制過小型炸藥彈丸。

后來,高錕隨家人遷居香港,曾在香港圣約瑟書院就讀。1954年,他遠赴英倫,在倫敦大學攻讀電機工程。

與不少同行因此對光纖傳輸的技術前景產生懷疑不同,高錕研究團隊認為更值得關注的,是光纖原材料問題。

他后來回憶道:“那時面對的最大難題,就是玻璃的雜質問題。玻璃看似透明,其實雜有不純的元素,所以我們構想,假若有一種沒有雜質的玻璃,光波的傳導就不會衰減。”

1966年6月,高錕與同事喬治?霍肯(George Hockham)在《電氣電子工程師學會學報》上發表題為“用于光頻的光纖表面波導”的論文指出,提純原材料后可制造出適合長距離通信使用的低損耗光纖:在純的玻璃纖維中,光信號可傳輸100公里以上。

這一研究奠定了光纖通信的基礎。這一年,他年僅32歲。1970年,美國康寧公司研制出第一種超純光纖。1975年,英國安裝了世界上第一套光纖通信系統。

北京郵電大學前校長林金桐對記者說:“從高錕和霍肯的論文,到世界上第一個商用光纖通信系統的誕生,僅用了十年時間,這在重大科學研究成果向現實生產力轉化的眾多案例中,顯得格外突出。”

諾貝爾獎評委會在新聞公報中表示,這些低損耗的玻璃纖維推動了因特網等寬帶通信的發展,光在這些玻璃纖維中流動,文本、音樂、圖像和視頻可在瞬間進行全球傳輸,“如果我們拆開密布全球的玻璃纖維,將得到一條10億公里以上的長線,足夠環繞地球2.5萬多圈。”

香港中文大學前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性,與印刷術、火藥、指南針等中國古明相提并論,“今天生活在網絡社會,就是因為光纖的發明改變了我們的生活。”(更多關于高錕的資料,見本期“華人”欄目)

貝爾實驗室和CCD

在現代的高速網絡通信中,數字圖像是最主要的承載內容,而這很大程度上要歸功于本年度諾貝爾物理學獎的另一項獲獎內容――美國朗訊公司貝爾實驗室的威拉德?博伊爾和喬治?史密斯發明的用于數字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)。

博伊爾1924年出生于加拿大,26歲時在加拿大麥基爾大學獲得博士學位。他在1953年加入貝爾實驗室,并在1962年與同事首先發明了可以連續運行的紅寶石激光器。

史密斯1930年出生于美國,29歲時在美國芝加哥大學獲得博士學位后也進入貝爾實驗室。

1969年10月的一天,史密斯走進同在貝爾實驗室半導體研究部門工作的博伊爾的辦公室,兩人進行了一場“頭腦風暴”。在不到兩個小時的時間里,博伊爾和史密斯在黑板上大致勾繪出一種新裝置的藍圖,兩人將其命名為電荷耦合器件。

這種新技術的源頭,還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應,即通過光電效應,光可以被轉變為電信號。然而,如何在極短時間內收集并讀出信號,看上去卻是一個無法逾越的技術挑戰。因此,一開始,很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。

但博伊爾和史密斯堅信自己的想法,并成功地將藍圖變成了現實。他們采用特殊的硅半導體材料,并將硅片細分為一個個“單元格”或者說“像素”,這樣,當光照射到像素之上,會產生信號電荷。當時,很多電子器件以電流或電壓作為信號,CCD則采用電荷作為信號。

信號電荷不僅可以在CCD內存貯,還可以穿越一排排的“像素”,在電極與電極之間快速傳輸(電荷耦合),并最終被讀出。

CCD的發明,帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉,而不再需要傳統的感光膠卷,數碼相機也得以走進千家萬戶。

篇(7)

光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的作用。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。

Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。

2我國的光電子技術和產業

近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。

國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。

摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。

但是，我們應當認識到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規模化、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。

我國在光電子技術方面是與國際水平差距相對較小的一個領域，與世界發達國家幾乎同時起步。但是我們應該清醒地認識到我國制造技術的落后和材料水平有限，而國際上光電子產業已經進入加速發展階段，留給我們的時間只有三到五年，如果我們不在目前產業化的技術發展階段進入，就會失去大好時機。機不可失，時不再來，到產業化后期時將要花數倍的力量才能彌補，也許會徹底失去時機，受制于人。

如果一個國家在一代元件上沒有足夠的投資以發展自主能力，就會給外國競爭者提供進入并占領下幾代技術市場的機會。因而在關鍵器件、部件等方面，要通過引進社會資金和風險投資，知識產權入股、開發人員持股等方式加快我國光電子成果的產業化步伐，鼓勵科研人員成果轉化。只要貫徹有“有所為，有所不為”的方針，狠抓創新和高技術成果轉化，打破行業界限，按市場機制聯合國內相關研究和開發單位，共同作好光電子產業化的工作，就一定能發展我國的光電子事業，有望在研究上取得突破，在產業上形成規模經濟，取得我國在該領域應有的市場份額。