光纤通信技术研究论文4篇

[精编]光纤通信技术研究论文4篇篇一：光纤通信50年1966年7月，英藉华裔学者、香港居民高锟博士（K.C.Kao）在PIEE杂志上发表了一篇名为《用于光频率的介质纤维表面波导》的研究论文，该文从理论上分析证明了当把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下时，用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性，科学地予言了制造通信用的超低损耗光纤的可能性。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其损耗在1000dB/km以上。对于制造损耗在20dB/km以下的光纤，被认为是异想天开不可能的事。以后光纤通信发展的事实雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信开创性的里程碑。高锟博士于2009年获得诺贝尔物理学奖。被誉为光纤通信之父。1、高锟博士高锟，华人物理学家，1933年11月4日出生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区），拥有英国和美国双重国籍，并持香港居民身份，目前在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、普世誉之为“光纤通讯之父”（FatherofFiberOpticCommunications）。１９５７年在伦敦大学理学院学习时获电机工程学学士学位。大学毕业后进入伦敦标准电话和电缆公司担任工程师。１９６０年转到英国哈洛标准远程通信实验有限公司工作。１９６５年获英国伦敦大学电子工程学博士学位，之后他继续留在哈洛公司任总工程师。1970年应香港中文大学邀请筹办电子工程系，担任香港中文大学电子系教授及讲座教授，任职四年。1974年又返回ITT公司，在位于美国弗吉尼亚州劳诺克的光电产品部担任主任科学家，后擢升为工程主任。1982年，获任命为首位“ITT执行科学家”，在康尼迪克州的先进技术中心工作。尔后，他担任过美国耶鲁大学电机工程系教授。1987年，出任香港中文大学第三任校长，直至1996年正式退休。退休后居于香港，并担任香港特区政府科技创新委员会委员。

高锟博士现是美国国家工程院院士、英国皇家工程科学院院士、英国皇家艺术学会会员、瑞典皇家工程科学院外籍院士、台湾中央研究院院士，美国电气与电子工程师学会和英国电气工程师协会的特别会员，美国光学会的会员。他热爱祖国，关心中国光纤通信科学事业的发展，曾多次应邀回中国大陆访问和讲学交流，就光纤通讯科技的发展提供信息和指导。香港中文大学在他的领导下，设立了一个与内地高等院校进行交流的专门机构，拨出大量合作研究经费，与１００多所内地优秀高等学府和科研机构保持紧密联系，接待了大批到该校进行工作访问的专家及学者。１９９６年６月７日，高锟博士被推选为中国科学院外籍院士。１９９０年，英国塞萨斯大学授予他荣誉理学博士学位。１９９１年，日本创价大学授予他荣誉博士学位。１９９２年，英国格拉兹高大学授予他荣誉工程学博士学位。１９９４年，他获得英国达勒姆大学荣誉理学博士学位。次年，他又获得澳洲格理斐思大学荣誉博士学位。历年来获奖1976年，美国硅酸盐学会“摩尼奖”1977年，美国富兰克林研究所“史特活·柏兰亭奖章”1978年，英国兰克信托基金会“兰克奖”1978年，美国电机电子工程师学会“摩理斯·H·利柏曼纪念奖”1979年，瑞典艾力松基金会“L·M·艾力松国际奖”1980年，美国军用通讯与电子协会1985年，美国电机及电子工程师学会“亚历山大·格林姆·贝尔奖章”1985年，美国马可尼基金会“马可尼国际科学家奖”1985年，意大利热那亚市“哥伦布奖章”1987年，日本通讯及计算机促进基金会“通讯及计算机奖”1989年，英国电机工程师学会“法拉第奖章”1989年，美国物理学会“詹姆斯·C·麦高第新材料奖”1992年，光学工程国际协会（SPIE）“协会金章奖”1995年，世界工程组织协会“杰出工程成就金章”1996年，英国皇家工程学院“菲利普亲王奖章”1996年，第十二届“日本国际奖”1999年，美国国家工程学会“查尔斯·斯塔克·德雷珀奖”2000年，《新闻周刊》“20世纪亚洲风云人物”，高锟与邓小平共同当选2006年，香港工程师学会“HKIE金章奖”2009年，诺贝尔物理学奖，2010年，影响世界华人盛典科学研究类“影响世界华人大奖”

1993年，英帝国司令勋章2010年6月12日，英国政府宣布2010年的英女王寿辰授勋名单，高锟获颁爵士勋衔。2010年11月，香港特区政府颁授高锟等七人获最高荣誉的大紫荆勋章。由于高锟的杰出贡献，1996年，中国科学院紫金山天文台将一颗于1981年12月3日发现的国际编号为“3463”的小行星命名为“高锟星”。1996年11月7日，香港中文大学将科学馆北座命名为“高锟楼”并设立“高锟基金”。2010年3月1日，高锟出席由香港特区政府及香港科技园公司在香港科学园举行的“高锟会议中心”命名仪式。高锟经典名言：千万不要盲目相信专家，要有自己的独立思考。譬如我说，光纤在一千年之后还会被应用，大家便不应该随便相信我，要有自己的看法和信念。——高锟年轻人总有自己的理想，但最重要的是，你要清楚了解自己在干什么？同时，为什么你认为和相信这是“可为”的。——高锟2、

光纤通信意义光波作为传输信息的载体，有巨大的带宽资源，以1500nm光波作载体计算（ν=C/λ）本征带宽可达200THZ（1THZ=1000GHZ）可同时承载240亿路PCM数字电话，全世界每人同时可用4部电话。因为有了光纤通信，因特网才能得到普及全世界的应用。可以说光纤通信能承载的信息容量是一个难以想象的天文数字。现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，它彻底改变了人类通讯的模式，为目前的信息高速公路奠定了基础，其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。光纤通讯不仅仅是科技上的进步，还带来了重大的社会变革，他的成果给通信界带来了一场惊天动地的革命。开启了人类信息科技革命新纪元。3、

光纤通信三要素及其发展光导纤维、光源（激光器)、光电探测器（1）光导纤维：1970年世界上第一根低损耗的石英光纤，美国康宁玻璃公司的三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了传输损耗每千米只有20分贝的光纤，把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。1973

年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974

年降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。在以后的

10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，1990年是0.14dB/km

接近了光纤最低损耗的理论极限。1975年贝尔实验室实现点到点的光纤通信。1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1977年芝加哥建成商用试验段（850nm多模光纤7km，44.7Mb/s）1990年单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s），并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验。自1975年至今已发展了4代光通信系统：

850多模，1300多模，1300单模和1550单模。（2）

光源（激光器）：1962年IBM，通用电器和林肯实验室几乎同时发表在GaAs同质结二极管中观察到激光，我国中科院半导体所和中科院长春光机所在1963年几乎同时观察到GaAs同质结激光。1970年Bell实验室和列宁格勒约飞物理所公布GaAlAs激光器室温连续工作。1976年美籍华人谢肇金(J.J.Hsieh)在林肯实验室制成InGaAsP激光器。1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。(3)光电探测器：si、Ge、InGaAs/InP……等。各种器件发展迅速，（激光器、探测器、调制器、光放大器、光开关、分路器、波分复用器……等）。特别是掺铒光纤放大器(EDFA)、垂直腔面发射激光器、量子阱，超晶格器件的发展。4、

我国光纤通信的发展李家治、

张英华

在20世纪70年代初，国际上光纤技术处在起步阶段。我们预见到这一新技术在国民经济和国防建设中的重要作用，因此积极组织调研并组织科研人员开展光通讯用石英光导纤维的研究。经中科院鉴定，所制成的光纤及其工艺都在上海新沪玻璃厂光纤车间得到推广和应用。这些成果在当时国内光纤研究刚起步的情况下，推动了全国第一条光纤通信试验段的开通。20世纪80年代初上海在四川北路建成一条光纤通信试验段1.8km,8Mb/s。在国内开了一个好头。光器件是潘慧珍、逄永秀提供的GaAlAs/GaAs发光管。中国信息通信研究院日前发布研究成果显示，中国有望在2016年赶超韩国、日本，建成世界领先的“光纤”主导的宽带网络，光纤宽带网络用户占比将达到70%至75%。预计明年中国50%宽带用户将是20M以上宽带，80%的用户是8M以上宽带。近日，“超高速超大容量超长距离光传输基础研究”国家973项目在武汉通过课题验收，在国内首次实现一根普通单模光纤中以超大容量超密集波分复用传输80公里，传输总容量达到100.23Tb/s，相当于12.01亿对人在一根光纤上同时通话。我国已摆脱从前处处受制于国外的局面，迅速成为光纤光缆产能和产量占有全球50%以上份额的“生产大国”。我国光纤光缆产业自主创新和整体创新水平得到快速提高，处于全球市场举足轻重的主导地位。5、展望光通信发展与光电子学发展密不可分。开展能带工程研究，人工改性新材料和器件开发、量子阱、超晶格结构理论的进一步完善和探索。SiGe/Si新材料、新器件的探索。促进OEIC和PIC发展有望与微电子集成结合。在光孤子通信、超长波长通信、相干光通信和光量子通信方面也正在取得巨大进展。光弧子通信：1834年英人罗索首次提出弧子波概念。1973年Hasegawa提出光纤中的光弧子。1980年Mollenaner实验证实光纤中光弧子存在。相干光通信：相当于微波中的外差接收方式，信号光与本征光进行相干混频，然后检测，可调频、调幅、调相。从1970年到现在虽然只有短短不到三十年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向更高水平、更高阶段方向发展。

篇二：摘要综述了近期光纤光缆和通信电缆在制造、施工及维护技术上的发展特点，分析了其发展趋势，并就我国光纤光缆及通信电缆技术与产业的发展提出了一些值得思考的问题。关键词光纤光缆通信电缆ITU-T建议技术发展

1

光纤技术发展的特点1.1

网络的发展对光纤提出新的要求下一代网络（NGN）引发了许多的观点和争论。有的专家预言，不管下一代网络如何发展，一定将要达到三个世界，即服务层面上的IP世界、传送层面上的光的世界和接入层面上的无线世界。下一代传送网要求更高的速率、更大的容量，这非光纤网莫属，但高速骨干传输的发展也对光纤提出了新的要求。（1）扩大单一波长的传输容量目前，单一波长的传输容量已达到40Gbit/s，并已开始进行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上传输对光纤的PMD将提出一定的要求，2002年的ITU-TSG15会议上，美国已提出对40Gbit/s系统引入一个新的光纤类别（G.655.C）的提议，并建议对其PMD传输中的一些问题进行深入探讨，也许不久的将来就会出现一种专门的40Gbit/s光纤类型。（2）实现超长距离传输无中继传输是骨干传输网的理想，目前有的公司已能够采用色散齐理技术，实现2000～5000km的无电中继传输。有的公司正进一步改善光纤指标，采用拉曼光放大技术，可以更大地延长光传输的距离。（3）适应DWDM技术的运用目前32×2.5Gbit/sDWDM系统已经运用，64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/s系统已在开发并取得很好的进展。DWDM系统的大量使用，对光纤的非线性指标提出了更高的要求。ITU-T对光纤的非线性属性及测试方法的标准（G.650.2）最近也已完成，当光纤的非线性测试指标明确之后，对光纤的有效面积将会提出相应指标，特别是对G.655光纤的非线性特性会有进一步改善的要求。1.2

光纤标准的细分促进了光纤的准确应用2000年世界电信标准大会批准将原G.652光纤重新分为G.652.A、G.652.8和G.652.C3类光纤；将G.655光纤重新分为G.655.A和G.655.B两类光纤。这种光纤标准的细分促进了光纤的准确使用，细化标准的同时也提高了一些光纤的指标要求（如有些光纤几何参数的容差变小），明确了对不同的网络层次和不同的传输系统中使用的光纤的不同指标要求（如PMD值的规定），并提出了一些新的指标概念（如“色散纵向均匀性”等），对合理使用光纤取得了很好的作用。所有这些建议的修改、子建议的出现及新子建议的起草，都意味着光纤分类及指标、测试方法有某些改进，或有重要的提升；都标志着要求光纤质量的提高或运用方向上的调整，是值得注意的光纤技术新动向。1.3

新型光纤在不断出现为了适应市场的需要，光纤的技术指标在不断改进，各种新型光纤在不断涌现，同时各大公司正加紧开发新品种。（1）用于长途通信的新型大容量长距离光纤主要是一些大有效面积、低色散维护的新型G.655光纤，其PMD值极低，可以使现有传输系统的容量方便地升级至10～40Gbit/s，并便于在光纤上采用分布式拉曼效应放大，使光信号的传输距离大大延长。如康宁公司推出的PureModePM系列新型光纤利用了偏振传输和复合包层，用于10Gbit/s以上的DWDM系统中，据称很适合于拉曼放大器的开发与应用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纤，据介绍已有传输100km长度以上单信道40Gbit／s、总容量10.2Tbit／s的记录。还有一些公司开发负色散大有效面积的光纤，提高了非线性指标的要求，并简化了色散补偿的方案，在长距离无再生的传输中表现出很好的性能，在海底光缆的长距离通信中效果也很好。（2）用于城域网通信的新型低水峰光纤城域网设计中需要考虑简化设备和降低成本，还需要考虑非波分复用技术（CWDM）应用的可能性。低水峰光纤在1360～1460nm的延伸波段使带宽被大大扩展，使CWDM系统被极大地优化，增大了传输信道、增长了传输距离。一些城域网的设计可能不仅要求光纤的水峰低，还要求光纤具有负色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以组合运用这种负色散光纤与G.652光纤或G.655标准光纤，利用它来做色散补偿，从而避免复杂的色散补偿设计，节约成本。如果将来在城域网光纤中采用拉曼放大技术，这种网络也将具有明显的优势。但是毕竟城域网的规范还不是很成熟，所以城域网光纤的规格将会随着城域网模式的变化而不断变化。（3）用于局域网的新型多模光纤由于局域网和用户驻地网的高速发展，大量的综合布线系统也采用了多模光纤来代替数字电缆，因此多模光纤的市场份额会逐渐加大。之所以选用多模光纤，是因为局域网传输距离较短，虽然多模光纤比单模光纤价格贵50％～100％，但是它所配套的光器件可选用发光二极管，价格则比激光管便宜很多，而且多模光纤有较大的芯径与数值孔径，容易连接与耦合，相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纤标准，但由于局域网发展的需要，它仍然得到了广泛使用。而ITU-T推荐的G.651光纤，即50/125μm的标准型多模光纤，其芯径较小、耦合与连接相应困难一些，虽然在部分欧洲国家和日本有一些应用，但在北美及欧洲大多数国家很少采用。针对这些问题，目前有的公司已进行了改进，研制出新型的5O/125μm光纤渐变型（G1）光纤，区别于传统的50/125μm光纤纤芯的梯度折射率分布，它将带宽的正态分布进行了调整，以配合850nm和1300nm两个窗口的运用，这种改进可能会为50/125pm光纤在局域网运用找到新的市场。（4）前途未卜的空芯光纤据报道，美国一些公司及大学研究所正在开发一种新的空芯光纤，即光是在光纤的空气够传输。从理论上讲，这种光纤没有纤芯，减小了衰耗，增长了通信距离，防止了色散导致的干扰现象，可以支持更多的波段，并且它允许较强的光功率注入，预计其通信能力可达到目前光纤的100倍。欧洲和日本的一些业界人士也十分关注这一技术的发展，越来越多的研究证明空芯光纤似有可能。如果真能实用，就能解决现有光纤系统长距离传输的问题，并大大降低光通信的成本。但是，这种光纤使用起来还会遇到许多棘手的问题，比如光纤的稳定性、侧压性能及弯曲损耗的增大等。因此，对于这种光纤的现场使用还需做进一步的探讨。2

光缆技术的发展特点2.1

光网络的发展使得光缆的新结构不断涌现光缆的结构总是随着光网络的发展、使用环境的要求而发展的。新一代的全光网络要求光缆提供更宽的带宽、容纳更多的波长、传送更高的速率、便于安装维护、使用寿命更长等。近年来，光缆结构的发展可归纳为以下一些特点。1）光缆结构根据使用的网络环境有了明确的光纤类型的选择，如干线网光纤、城域网光纤、接入网光纤、局域网光纤等，这决定了大范围内光缆光纤传输特性的要求，具体运用的条件还有可依据的细分的标准及指标；2）光缆结构除考虑光缆使用环境条件以外，越来越多的与其施工方法、维护方法有关，必须统一考虑，配套设计；3）光缆新材料的出现，促进了光缆结构的改进，如干式阻水料、纳米材料、阻燃材料等的采用，使光缆性能有明显改进。不同的场合和不同的要求造成了光缆的多结构的发展趋势，新的光缆结构以及在现有结构上不断改进的各种结构也在不断涌现，出现了如下一些类型。·“干缆芯”式光缆：所谓“干缆芯”即区别于常用的填充管型的光缆缆芯。这种缆的阻水功能主要靠阻水带、阻水纱和涂层组合来完成，其防水性能、渗水性能都与传统的光缆相同，但它具有生产、运输、施工和维护上的一些优点。首先是方便，因为阻水材料不含粘性脂类，操作使用比较方便安全；其次，干式光缆重量轻、易接续、易搬运，设备投资小、成本低，生产使用中也显得干净卫生，在长期使用中还可减少缆芯中各种元件之间的相对移动。特别是在接入网室内缆和用户缆中，好处更加明显。·生态光缆：一些公司从环境保护及阻燃性能的要求出发，开发了生态光缆，应用于室内、楼房及家庭。现有光缆中使用的一些材料已不符合环保的要求，如PVC燃烧时会放出有毒性气体，光缆稳定剂中有时含铅，都是对人体及环境有害的。2001年ITU-T已通过了一项L45建议——“使电信网外部设备对环境的影响最小化”建议，通过对光缆、电缆光器件及电杆等基于寿命周期怦估（LifeCycleAnalysis，LCA）的方法来确定产品对环境的影响。由于环境因素正日益受到重视，对通信外部设备，特别是光缆产品规定这样的指标已提到日程上来，如果不在材料和工艺上下功夫就难以达到环保的要求。因此已有不少公司针对此类问题开发了一些新材料，如对室内用缆，开发了含有阻燃添加剂的聚酞胺化合物，以及无卤性阻燃塑料等。·海底光缆：海底光缆近年来有根快的发展，它要求长距离、低衰减的传输，而且要适应海底的环境，对抗水压、抗气损、抗拉伸、抗冲击的要求都特别严格。·浅水光缆（MarinizedTerrestrailCable，MTC）：浅水光缆是区别于海底光缆而提出来的另一类结构的水下光缆，适合于在海岸边上、浅水中安装，无需中继、通信距离比较短的水下（如岛屿间、沿海岸边上的城市）敷设使用。这种光缆区别于海底光缆的环境，需要的光纤数不多（中等），但要求结构简单、成本较低，易于安装和运输，便于修复和维护。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定义下的浅水光缆建议，为建设类似的水下光缆提供了一组规范，随后也有可能形成相应的国际标准。·微型光缆：为了配合气压安装（或水压安装）施工系统的运用，各种微型的光缆结构已在设计和使用中。对于气压安装的微型光缆，要求光缆与管道之间有一定的系数，光缆重量要准确，具有一定的硬度等。这种微型光缆和自动安装的方式是未来接入网，特别是用户驻地网络中综合布线系统很有潜力的一种方式，如在智能建筑中运用的智能管道中就非常适合这种安装。·采用了纳米材料的光缆：近来，一些厂商已开发出纳米光纤涂料、纳米光纤油膏、纳米护套用聚乙烯（PE）及光纤护套管用纳米PBT等材料。采用纳米材料的光缆，利用了纳米材料所具有的许多优异性能，对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有一定的改善，并可延长光缆的使用寿命。目前此类材料尚处于试用阶段。·全介质自承式光缆（ADSS）：全介质光缆对防止电磁影响及防雷电都有优良的特性，而且重量轻、外径小，架空使用非常方便，在电力通信网中已得到大量的应用。预计2000～2005年，每年电力部门对ADSS光缆需求约15000km。ADSS同时也是电信部门在对抗电磁干扰及雷暴日高的敷设环境中一种很好的光缆类型的选择。在今后一段时间内，如何在满足要求的前提下，尽量减小ADSS光缆的外径，减轻光缆的重量，提高其耐电压性能是ADSS光缆研究改进的课题。·架空地线光缆（OPGW）：OPGW已出现了很长一段时间，近年来一直在改进和提高之中。OPGW的光纤单元中采用PBT，于套管外面再加上一层不锈钢管，有的还在塑料套管与不锈钢管之间加上一层热塑胶，不锈钢管用激光焊接长度可达数十公里，光纤在这样的多层保护管中得到了充分的机械保护。预计从现在到2005年，OPGW光缆的需求将会逐年上升，每年增加约2500km，到2005年预计可达到20000km。当然对OPGW光纤的防雷问题一直是业界十分关注的问题，也应配合具体环境和使用条件加以考虑，使之得到充分保护。2.2

光缆的自动维护、适时监测系统已逐渐完善，可保证大容量高速率的光缆不中断传输光缆的维护对于保证网络的可靠性是十分重要。在已开通的光网络中，光缆的维护和监测应该是在不中断通信的前提下进行的，一般通过监测空闲光纤（暗光纤）的方式来检测在用光纤的状态，更有效的方式是直接监测正在通信的光纤。虽然ITU-T长时间收集和讨论了国际上的最新资料，于1996年发布了L.25光缆网络维护的建议书，对光缆的预防性维护和故障后维护规定了详细的维护范围和功能，但已经不能满足当前的需要，目前最新的建议是2001年12月IUT-TSG16会议通过的“光缆网络的维护监测系统”（L.40建议）。为了进一步缩短检测及修复时间，美国朗讯公司曾提出了新一代光纤测试及监控系统，能在1s内发出故障告警，3min内找到故障点，且工作人员可以遥控操作，据称该系统还将开发有故障预测及对断纤（缆）的快速反应能力。日本、意大利等国电信企业也提出了一些系统方案。·日本NTT方案：在局内运用光纤选择器与系统的测试设备和传输设备相连形成了一种可对光纤状况进行实时监测的系统，保证有用信号在通过光纤选择器测试证明良好的光纤上传输，对有故障的光纤可以预选监测出来及时传送到维护中心进行适当处理，避免不良状况进入有用的光传输信道，从而起到在运行中对整个光通信系统的支撑作用；在局外通过水敏传感器装置可监测外部设备光缆线路接头盒浸水的位置，水敏传感器安装在空闲的光纤上，水敏传感器中装有吸水性膨胀物，当水渗人接头盒时，吸水性物质会膨胀使得接头盒中的光纤受力，也就是使得这一空闲光纤弯曲，从而使光纤的损耗增加，在监测中心的OTDR上就会反映出来。·意大利的方案：此方案是一种综合处理的新型连续光缆监测系统。主要特点是将光缆网络、光纤及光缆护套的监测综合在一起，既利用了OTDR系统周期性地对光纤的衰减进行监测，发现有衰减变化即发出警报，并进行故障定位，同时也能连续监测光缆护套的完整性，包括护套对地绝缘电阻的监测，发现问题（如护套进水等）即马上告警，达到更全面地预告故障发生的目的。比较日本和意大利电信部门提出的光缆维护支撑系统的方案可见：日本方案在OTDR自动适时测试光纤的基础上，加入了光纤选择器，在外线上装设水敏传感器并进行护套监测，形成了一套较完整的自动维护、支撑系统，真正做到不中断光通信的维护。意大利的方案中除监测光纤性能以外，还考虑了护套绝缘电阻的自动监测。由此两例可以看出全自动的光缆维护应是一种发展方向。3

通信电缆的发展特点3.1

宽带的HYA通信电缆需要更好地为数字通信新业务服务原有的电缆网络虽然可以支持一些数字新业务，但是在实际使用中并不是特别理想，在通信距离、速率及质量上仍有一定的限制。对于新的网络当然是以光纤为主，对于光纤所不能达到的地方或因各种原因仍然要新建电缆网络的地区，应该考虑新型宽带结构的HYA电缆（铜芯聚乙烯绝缘综合护套市内通信电缆），以便更能符合新业务发展的需要。一些公司对现有的电缆高频特性作了测试，他们得到的结论是所研究的电缆（即现有的HYA市话电缆）不能达到5类电缆的技术要求，户外电缆要实现j类电缆的特性，必须通过特殊的设计和制造来达到。但在20MHz以下，所有电缆都显示出充分适宜的传输性能。美国已在1997年制定了用于宽带的对绞通信电缆标准（ANSI/ICEAS-98-688-1997及S-99-689-1997），包括非填充和填充两种型式。传输频宽已扩展到100MHz，可供数字网络使用。IEC对此问题也进行过较长时间的讨论，2001年，IEC62255-1文件“用于高比特频率数字接入电信网络的多对数电缆”提出了0.4～个0.8mm线径、1～150对、最高频率30MHz等指标的建议，此建议的提出也许会为这种电缆开辟一个新的空间，我国也开始了这方面的探讨和研制，并正在建立相应的标准。3.2

超5类及6类电缆将替代5类电缆成为布线系统发展的超蛰随着智能化大楼、智能化建筑小区对宽带布线的要求愈来愈高，超5类和6类电缆己逐渐成为布线系统中的主流。超5类电缆与5类电缆的频带都是100MHz，但其具有双向通信的能力，用户可以同时收发宽带信息。因此超5类电缆比5类电缆在电阻不平衡性、绝缘电阻、对地电容不平衡性、传输速度等指标上都有提高，并且增加了近端串音衰减功率和等电平远端串音功率等一些指标，因此在工艺和结构上要做一定的改进才能达到。6类电缆在超5类的基础上，又提高了传输频带，达到250MHz，其相应的指标也有较大的提高。同时，6类电缆要求不但有严格的工艺，而且不少厂商在结构上也有一定的改进和创新，如采用泡沫皮绝缘芯线或皮泡皮绝缘芯线、骨架式结构隔离线对等都改善了电缆的高频特性。3.3

物理发泡射频同轴电缆及漏泄同轴电缆将具有较好的发展前景由于移动通信的高速发展，无线电基路用物理发泡射频同轴电缆，特别是超柔形结构的室内电缆、路由连结电缆都有了较大的市场需求。同时，随着移动通信信号覆盖面的不断扩大，基站站数的增多，以及边缘地区（电梯、地铁、地下建筑、高层建筑室内等用户）对移动信号的要求不断提高，预计这类电缆将会有较好的发展前景。但对电缆指标的要求（如驻波比、屏蔽衰耗等要求）已明显提高，要求电缆的工艺及结构应不断改进，以与之适应。4

光纤光缆及通信电缆技术与产业发展中几个值得思考的问题4.1

积极创新开发具有自主知识产权的新技术虽然这几年来，我国光缆电缆技术有很大发展，有一些具有自主知识产权的技术已在发挥作用，但是应该看到这种比例仍是很小的，国内有近200家光纤光缆厂，但大多产品单一，没有自主的知识产权，技术含量较低，竞争力不强。有资料统计，1997～1999年国内企业申请光通信专利的有132件，其中光纤38件，光缆只有19件，而同期外国公司在中国申请光通信专利达550件，其中光纤光缆37件。还有资料报道：从1997年以来，国内光通信核心技术专利是90件，我国自主申请的只有9件，仅占10％。实际上我国的光纤光缆技术应该说与国际水平己差距下大，因此我们作为世界第二的光缆大国，应该把开发具有自主知识产权的技术作为我们工作的重中之重，争取创造更多的光纤光缆专利。4.2

开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品电信网络在不断发展的同时也对光缆电缆产品不断提出新的要求。不难发现，光缆的结构越来越依赖于使用的环境条件及施工的具体要求，在海底光缆、浅水光缆、ADSS及OPGW光缆的开发中，会对这一点有深刻的体会。而今后光缆建设的重点将会随着接入网、用户驻地网的建设不断展开，新一代的光缆结构和施工技术也会基于如微型光缆、吹入或漂浮安装及迷你型微管或小管系统的全套技术而有一系列新的变化，以便有限的敷设空间得到充分、灵活的利用。这当中也包含了若干光缆设计、制造工艺、光纤光缆材料、施工安装方面的新的技术课题。一些国家或公司已取得了一些经验，正逐渐形成新的系统技术专利。我国的用户众多，接入网和用户驻地网具有很多的特色，对接入光缆也会有更多的要求，为我们研究和创新接入网和用户驻地网光缆结构提供了很好的机会。应该说，多数光缆技术我们是跟在国外最新技术的后面，虽然紧跟了先进技术，但自我创新的成份太少。今后应当在这方面下些功夫，走自己的创新之路。在有中国特色的接入网及用户驻地网中多采用一些有中国特色的光电缆产品。4.3

利用已有设备与技术，改善HYA市话电缆的相应特性，为数字业务提供更好的服务对于已经敷设的铜电缆，我们只能在现有条件下尽量利用其特性开通数字新业务。而现有的HYA电缆，虽然亦可开通ADSL等一些新业务，但是容量有限，当ADSL数量增大到一定限度后还是会出现干扰问题，而且还会影响以前开通的业务。因此，对新敷设的铜电缆，希望能提出一些新的宽带指标要求，为将来开通更多更好的新业务作好准备。现有的市话电缆生产厂商应深入研究自身的生产工艺，在不改变（或不大改变）生产设备的情况下，认真设计和精心制造，把现有电缆的技术水平提高一个档次，以提供更宽频带的电缆，为更多更好地开拓数字新业务提供高质量的通道。4.4

改进光缆电缆的施工和维护方法目前，为了适应城市施工的特点，国际上较重视不挖沟的方式施工光、电缆，采用小地沟或微地沟技术安装光缆，同时对光缆网进行自动监测，保证光缆网络不中断通信维护。与此相适应的是需要开发相应的元器件、工具和设备，并且要在体制上作一些改进与之相适应。ITU对NH开发光缆用浸水传感器、光纤自动测试时的光纤选择器以及美国提出的1s告警、3min内定位的指标及意大利提出的光纤纤芯与光缆护套指标综合监测等方案都十分重视。在现代化的光网络中，这些方式已经起到明显的作用。由此可见，为了保证光缆网络工作的可靠性，在施工和维护中降低成本、节省劳力、节省时间，逐步推广新的施工方法，逐步完善光缆网络的自动监测维护系统和提高光缆网络的不中断维护水平已势在必行。4.5

冷静地审视当前电信市场的发展，促进光纤光缆和通信电缆产业的发展2001年下半年以来，光纤光缆需求下降，这当然与世界电信行业的整体下滑以及宽带网络泡沫的破灭有很大关系，但更多的则是受到从1999年下半年起由于光纤紧缺而各大公司扩产过多的影响。据资料介绍，在2000年，全球光纤厂商的投资额达到26亿美元，为1999年的6倍，按推算到2002年全球光纤的产能将达到1.65～1.75亿光纤公里，远远超过了实际需求。加上当前电信基础建设的不景气，光纤过剩的现象不可避免。光纤光缆及通信电缆的市场走势虽然受到国际经济大形势发展的影响，特别是与整个电信行业的发展有密切的关系，但应看到，在挤出了网络泡沫的水份之后，随着光纤网络从骨干网的扩建到接入网、城域网的扩散以及向用户驻地网的不断延伸，光纤光缆及宽带数字电缆的市场必将增长。据KMI预计，2003年世界光纤市场将开始有较大的增长，而到2004年的市场规模将超过敷设量最高的2000年。应该看到，信息通信业是一个充满生机与活力的朝阳产业，网络经济有着强大的生命力，信息技术、网络技术的发展，仍然是推动社会进步的重要动力，信息网络化仍然是当今世界经济、社会发展的强大趋势。因此我们应树立信心，在全球经济好转、通信市场复苏及我国西部开发等有利条件下抓住机遇，促进光纤光缆和通信电缆技术与产业取得更大的进展。4.6

抓住西部大开发的大好机遇，发展光缆电缆技术与产业西部大开发是国家的重大策略，国家制定了有利的政策，政府对发展通信等行业也给予了大力的支持。西部是一个地域复杂、分布较宽、通信相对落后的地区。经济大发展中，通信要先行，需要一些与之相适应的光纤光缆及通信电缆的先进产品来配合发展的需求。因此，符合条件的产品将会在这里找到很好的市场。西电东送、西气东输等巨大工程也需要大量的高质量的ADSS、OPGW等型式的光缆及各种电缆相配套。因此光纤光缆和通信电缆的各种技术、产品及成果都会在西部开发中得到发挥。同时西部现代化的建设对我们的产品提出了许多新的难题，光纤光缆和电缆行业在开发大西部的同时也会得到更好的改造和创新的机会，促进自身技术水平的提升和发展。

篇三：光纤通信技术发展现状与展望一、前言光纤通信技术自出现以来带来了科技和社会领域的重大变革。作为激光技术的重要应用，以光纤通信技术为主要代表的激光信息技术搭建了现代通信网络的框架，成为信息传递的重要组成部分。光纤通信技术是当前互联网世界的重要承载力量，同时也是信息时代的核心技术之一。众所周知，光纤通信技术的基本要素是光源、光纤和光电探测器（PD）。其中，应用最为广泛的光源是激光器；光纤的能量传输效率极佳，传输损耗是波导电磁传输系统中最小的；PD是光纤通信接收端的关键组成部分。当前各类信息技术都需依靠通信网络来传递信息，光纤通信技术可以连接至各类通信网络，构成信息传输过程中的大动脉，并在信息传输中发挥重要作用。现代通信网络架构（见图1）主要包括：核心网、城域网、接入网、蜂窝网、局域网、数据中心网络与卫星网络等。不同网络之间的连接都可由光纤通信技术完成，如在移动蜂窝网中，基站连接到城域网、核心网的部分也都是由光纤通信构成的。而在数据中心网络中，光互连是当前最广泛应用的一种方式，即采用光纤通信的方式实现数据中心内与数据中心间的信息传递。由此可见，光纤通信技术在现在的通信网络系统中不仅发挥着主干道的作用，还充当了诸多关键的支线道路的作用。可以说，由光纤通信技术构筑的光纤传送网是其他业务网络的基础承载网络。图1现代通信网络架构随着各种新兴技术如物联网、大数据、虚拟现实、人工智能（AI）、第五代移动通信（5G）等技术的不断涌现，对信息交流与传递提出了更高的需求。据思科公司（Cisco）2019年发布的研究数据显示（见图2），全球年度IP流量将由2017年的1.5ZB（1ZB=1021

B）增长为2022年的4.8ZB，复合年增长率为26%。面对高流量的增长趋势，光纤通信作为通信网中最骨干的部分，承受着巨大的升级压力，高速、大容量的光纤通信系统及网络将是光纤通信技术的主流发展方向。图22017—2022年全球年度网络IP流量走势二、光纤通信技术的发展历程与研究现状（一）光纤通信技术的发展历程随着1958年亚瑟·肖洛与查尔斯·汤斯揭示激光器工作原理之后，1960年第一台红宝石激光器研制成功。接着，1970年第一个能在室温下连续工作的AlGaAs半导体激光器研制成功，并在1977年实现半导体激光器在实用环境中可连续工作几万小时以上。至此，激光器已具备应用于商用光纤通信的前提。在激光器发明之初，发明者已意识到其在通信领域的重要潜在应用。然而，激光通信技术存在两个明显的短板问题：一是因激光波束发散会损失大量能量；二是受应用环境的影响较大，如在大气环境下应用时会显著受制于天气情况的变化。因此，对激光通信而言，一个合适的光波导至关重要。诺贝尔物理学奖获得者高锟博士提出的用于通信的光纤满足了激光通信技术对波导的需求。他提出，玻璃光纤的瑞利散射损耗可以非常低（低于20dB/km），而光纤中的功率损耗主要来源于玻璃材料中的杂质对光的吸收，因此材料提纯是减小光纤损耗的关键，此外还指出单模传输对保持好的通信性能很重要。1970年，康宁玻璃公司根据高锟博士的提纯建议研制出了损耗约为20dB/km的石英系多模光纤，使光纤作为通信的传输媒介成为现实。之后经过不断研发，石英系光纤的损耗在1974年达到了1dB/km，在1979年进一步达到了0.2dB/km，逼近了石英系光纤的理论损耗极限。至此，光纤通信的条件已完全满足。早期的光纤通信系统均采用直接检测的接收方式（见图3）。这是一种较简单的光纤通信方式，PD是一种平方律的检波器，只有光信号的强度可以被探测到。换言之，这种通信方式只可以在光强度上加载信息来进行传输。此方式的接收灵敏度取决于数据传输速率，而传输距离是由数据传输速率与接收机跨导放大器（TIA）的热噪声共同决定的。这种直接检测的接收方式从20世纪70年代的第一代光纤通信技术一直延续到了20世纪90年代初期，而对应具体的技术指标也由工作在0.8µm的GaAs半导体激光器发射45Mbit/s信号无中继传输10km，提升至工作在1.5µm的半导体激光器发射2.5Gbit/s信号无中继传输100km。图3直接检测光纤通信系统示意图进入20世纪90年代以来，光纤通信技术中的相干检测技术逐渐成为研究热点。初期的相干检测的示意图如图4所示，这也是第一代的相干检测系统。通过使用相干检测，可实现最优探测灵敏度（受限于散弹噪声极限），另外，这也可以通过使用一个大功率的本振来实现。在直接检测探测系统中，只可以探测到信号光的功率PS，而相干检测探测系统中可以探测到的信号大小为，其中PLO是本振光的功率，只要本振光功率足够大就可以达到探测灵敏度的极限。总之，通过引入相干检测技术，接收机的灵敏度得到了极大提升。在早期的相干检测中主要采用外差（Heterodyne）探测和零差（Homodyne）探测，其中外差检测指信号载波与本地载波的频率差值为中频，而零差探测指信号载波与本地载波频率完全相同、相位差固定。为了保证锁频以及恢复接收信号的载波相位，早期的相干检测技术需要复杂的光学锁相环。此外还需要通过偏振控制器（PC）来使得信号光与本振光的偏振态保持一致，以便达到最大效率的接收。图4相干检测示意图光放大器也是光纤通信技术史上重要的成果之一。采用光放大器的光纤链路，也可以达到散弹噪声极限的探测灵敏度，同时可以去除所有的电中继，使得光纤通信技术可以实现长距离传输。光放大的概念在最早的激光器专利中就有所建议，最终在1987年，该项技术被南安普顿大学和贝尔实验室首次实现。（二）光纤通信技术的研究现状自20世纪90年代以来，随着互联网技术的迅速发展，用户对互联网流量的需求日益增长，并随之带来了对光纤通信容量的迫切增长需求。起初，当2.5Gbit/s的光纤通信技术问世后，人们普遍认为其可以支撑好几代互联网的发展，但光纤通信容量的增长需求很快打破了这一现状。如何提升光纤通信的容量成为亟需解决的问题。“信息论之父”香农给出了信道容量的极限，任何通信系统传输信息的容量都不会超过这个极限，它与系统的带宽与信道中的信噪比相关。当系统带宽越大、信噪比越高，系统的容量极限就会越高。根据香农的理论，单根光纤纤芯中的容量极限可以表示为：式（1）中，2为两个正交偏振态复用；B为带宽，光纤的带宽取决于光放大器能够提供的带宽，而C+L波段一共约95nm；S为入纤功率，受限于光纤的非线性；N为噪声功率，决定于放大器的噪声系数、光纤损耗、跨段长度和跨段数。典型的C波段掺铒光纤放大器（EDFA）的带宽为35nm，即约4375GHz。面对如此巨大的带宽资源，如何充分利用它来实现大容量的光纤传输是关键。由此我们想到了波分复用（WDM）。波分复用是使不同波长的载波同时承载信号，共同在一根光纤中传输，由于各载波的波长不同，故可轻易分别解调出来。此外，光纤布拉格光栅（FBG）的发明也方便了波分复用，它可以用于密集波分复用（DWDM）的滤波器、增加/减少多路复用器、EDFA增益均衡器。图5为WDM光纤通信系统示意图。图5

WDM光纤通信系统示意图从另一个角度看香农公式，可以表示为：式（2）中，C/B表示频谱效率，单位为bit/s/Hz，而S/N表示信号的电信噪比。例如，当电信噪比为10dB时，系统所能达到的极限频谱效率为6.9bit/s/Hz。由于系统的带宽受限于EDFA，光纤通信目前只能获得有限的带宽，故可以通过提高频谱效率的方式来增加信道容量。增加带宽B内的利用率可从两个方向来展开。一是采用DWDM、高阶调制格式、奈奎斯特（Nyquist）整形、超级信道（superchannel）、超奈奎斯特传输（FTN）、前向纠错（FEC）、概率整形等技术来逼近香农极限，但频谱效率的增加将对电信噪比的要求有所提升，从而减少了传输的距离。二是充分利用相位、偏振态的信息承载能力来进行传输，这也就是第二代相干光通信系统，接收机如图6所示。偏振复用（PDM）已普遍采用，用两个正交的偏振态来分别承载信息以使信道容量翻倍。第二代相干光通信系统采用光混频器进行內差（Intra-dyne）检测，并采用偏振分集接收，即在接收端将信号光与本振光分解为偏振态互为正交的两束光，在这两个偏振方向上分别拍频，这样可以实现偏振不敏感接收。另外，需要指出的是，此时接收端的频率跟踪、载波相位恢复、均衡、同步、偏振跟踪和解复用均可以通过数字信号处理（DSP）技术来完成，这极大简化了接收机的硬件设计，并提升了信号恢复能力。图6第二代相干检测示意图目前，上述技术产品在商业领域中的应用现状为中国电信集团有限公司和华为技术有限公司已实现了50G波道间隔、单路200Gbit/s的偏振复用16QAM信号，通过概率星座图整形和奈奎斯特整形实现了1142km传输（实验室可实现1920km传输），单纤总容量为16Tbit/s。而最新的研究成果有：贝尔实验室等利用半导体光放大器（SOA）和拉曼放大实现了107Tbit/s、103nm（1515~1618nm）波段范围的300km传输；华为技术有限公司利用C+L波段的EDFA实现了124Tb/s信号在600km的传输。三、光纤通信技术发展面临的挑战与思考（一）超大容量光纤通信系统通过各种技术的运用，目前学界和业界已基本达到光纤通信系统频谱效率的极限，如要继续增大传输容量，只能通过增加系统带宽B（线性增加容量）或增加信噪比（SNR）（增加功率，对数增加容量）来实现，具体探讨如下。1.增加发射功率的解决方案由于适当增加光纤截面的有效面积可以降低高功率传输带来的非线性效应，因此采用少模光纤代替单模光纤进行传输是一种增加功率的解决方案。此外，当前最通用的解决非线性效应的方案是采用数字背向传输（DBP）算法，但算法性能的提升会导致运算复杂度的增加。原始的DBP算法仅能应对一个通带内的非线性效应，带间的交叉相位调制（XPM）等非线性效应无法得到补偿；而多通带DBP算法可以用来补偿通带间的非线性效应，如XPM和四波混频（FWM），但复杂度会显著增高。近期，机器学习技术在非线性补偿方面的研究显现出了很好的应用前景，极大地降低了算法的复杂度，因此今后可通过机器学习来辅助DBP系统的设计。2.增加光放大器的带宽增加带宽可以突破EDFA的频带范围的限制，除了C波段与L波段以外，可将S波段也纳入应用范围，采用SOA或拉曼放大器进行放大。而现有光纤在S波段之外的频段损耗都较大，如O波段1310nm附近光纤的损耗就达到了0.3dB/km，需设计新型光纤来降低传输损耗。但对其余波段而言，有商业利用价值的光放大技术也是一个挑战。这些光放大技术与EDFA相比，存在增益较小、噪声系数较大的问题，如掺镨的O波段光纤放大器（1280~1320nm）的增益为10~25dB、噪声系数为7dB；掺铥的S波段光纤放大器（1477~1507nm）的增益为22dB、噪声系数为6dB；而SOA具有类似的噪声系数，且存在对WDM系统的交叉增益调制问题。3.低传输损耗光纤的研究研究低传输损耗光纤是该领域最关键的问题之一。空芯光纤（HCF）具有更低传输损耗的可能，将减少光纤传输的时延，可在极大程度上消除光纤的非线性问题。一项最新研究结果显示，HCF的一种嵌套反谐振无节点光纤（NANF）可实现在1510~1600nm波段0.28dB/km的传输损耗，且理论预测表明该结构具有继续降低损耗至0.1dB/km的可能，这将低于石英光纤的材料损耗极限（瑞利散射极限0.145dB/km）。另外，NANF还具有更宽阔的低损耗窗口的可能，目前已知报道的带宽已达到700nm。4.空分复用相关技术的研究空分复用技术是实现单纤容量增大的有效方案，具体有：采用多芯光纤进行传输，成倍增加单纤的容量，在这方面最核心的问题是有无更高效率的光放大器，否则只能等价为多根单芯光纤；采用包括线偏振模式（LPmode）、基于相位奇点的轨道角动量（OAM）光束和基于偏振奇点的柱矢量光束（CVB）等的模分复用技术，这类技术可为光束复用提供新的自由度，提高光通信系统的容量，在光纤通信技术中具有广阔的应用前景，但相关光放大器的研究同样是挑战。另外，如何平衡差分模群时延（DMGD）以及多输入多输出（MIMO）数字均衡技术等带来的系统复杂度也值得关注。未来，希望空分复用相关的技术研发可以形成与WDM系统类似的演进路线以推动光纤通信技术的发展。（二）各类其他场景下的光纤通信系统超大容量光纤通信系统是主要应用于骨干网络场景下的光纤通信系统，并不考虑成本问题。而当前光纤通信技术已应用于多种不同场景，大多存在对成本敏感的现实困境。为此，本文将列举出当前若干个成本敏感的场景与系统，并简要分析它们的发展前景。1.不同调制检测组合场景下的光纤通信系统光纤通信技术因调制和检测方式的不同，其应用成本也会有很大差异。当前，在一些成本非常敏感的场景中仍使用最早的光通信方式，即强度调制–直接检测（IMDD）；但在对通信性能要求严苛的环境中，采用的是最复杂的传统相干通信方式。未来在这两种通信方式之间可以有很多过渡方案，亟需在性能与成本上进行平衡，找到适合具体场景使用的方案，具体有：采用正交（IQ）调制、直接检测的系统，如常见的单边带（SSB）调制、直接检测的系统；采用强度调制、相干检测的通信方式，利用直接调制激光器（DML）的啁啾对信号相位产生一定的调制，最终再由相干接收机检测出对应的信息。几类特殊的光纤通信系统，如基于斯托克斯矢量直接检测（SVDD）接收机的系统，基于克莱默–克朗尼格（KK）关系接收机的系统，以及最近新提出的载波辅助差分检测（CADD）接收机的系统。SVDD系统是通过斯托克斯矢量的方式接收信号，接收机比传统相干系统简单，但最终接收信号只能接收到一个偏振态的信息，无法实现完全的偏振复用，亟需研发出基于SVDD接收机的硅光集成芯片，以进行推广应用。而KK系统是根据特殊信号（一般是单边带信号）所具有的KK关系，通过接收的信号幅度推算出相位，在直接检测的系统中实现相干检测的效果，但该系统的频谱效率仅有传统相干检测系统的一半。而CADD系统采用特殊的接收机实现了与相干检测相比接近100%的频谱利用率，但此系统目前只有单偏振态的结果，暂时无法得到偏振复用的结果。希望未来可以研究出类似于传统相干方式的偏振复用、100%频谱利用率的简化相干通信方式。值得注意的是，以上这些系统虽各有利弊，但随着器件与集成技术不断地发展，在不同的应用场景下，如何结合成本作出公平公正的对比是一个关键问题。2.不同传输距离场景下的光纤通信系统如果以传输距离与应用场景来划分，可以将光纤通信技术划分为不同的种类，其中典型的短距离光传输系统包括数据中心光互连与接入网系统的光传输链路。目前多数短距离光传输采用IMDD的通信方式，随着传输距离的增加，通信方式逐渐向相干通信靠拢。数据中心内的光互连主要采用基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）和多模光纤链路为主的IMDD系统，数据中心间的光互连部分采用IMDD的通信方式，部分将有望采用直接检测与相干检测过渡方案或简化相干检测方案。而中长距传输系统包括应用于城域网的链路，目前都在逐步向相干系统演进。长距离传输系统包括：核心网传输链路和跨洋传输，这些属于对传输性能要求较高且成本不敏感的系统。四、光纤通信技术发展展望光纤通信技术从最初的低速传输发展到现在的高速传输，已成为支撑信息社会的骨干技术之一，并形成了一个庞大的学科与社会领域。今后随着社会对信息传递需求的不断增加，光纤通信系统及网络技术将向超大容量、智能化、集成化的方向演进，在提升传输性能的同时不断降低成本，为服务民生、助力国家构建信息社会发挥重要作用。（一）智能化光网络与无线通信系统相比，智能化光网络的光通信系统及网络在网络配置、网络维护及故障诊断方面仍处于初级阶段，智能化程度不足。由于单根光纤容量巨大（可能大于100Tbit/s），任一光纤故障的发生将给经济、社会带来很大影响，因此网络参数的监测对未来智能网络的发展至关重要。今后这方面需关注的研究方向有：基于简化相干技术与机器学习的系统参数监测系统、基于相干信号分析和相位敏感光时域反射（OTDR）的物理量监测技术。（二）集成技术与系统器件集成的核心目的是降低成本。在光纤通信技术中，通过不断的信号再生可以实现信号的短距离高速传输。但是由于相位和偏振态恢复的问题，目前相干系统的集成还较困难。另外，如果大规模集成的光–电–光（OEO）系统可以实现，也会显著提升系统容量。但是限于技术效率低、复杂度高、难以集成等因素，光通信领域不太可能广泛推广如全光2R（再放大、再整形）、3R（再放大、再定时、再整形）等全光信号处理技术。因此，在集成技术与系统方面，今后研究的方向有：对空分复用系统的现有研究虽已较丰富，但学界、业界对空分复用系统关键器件尚未实现技术突破，需进一步加强研究，如集成激光器与调制器、二维的集成接收机、高能效的集成光放大器等；新型光纤可能会显著拓展系统带宽，但仍需深入研究以确保其综合性能与制造工艺能达到现有单模光纤的水平；研究通信链路中可与新型光纤搭配使用的各类器件。（三）光通信器件在光通信器件中，硅光器件的研发已初见成效。但目前国内相关研究多以无源器件为主，对有源器件的研究较为薄弱。在光通信器件方面，今后的研究方向有：有源器件与硅光器件的集成研究；非硅光器件集成技术的研究，如III-V族材料衬底集成技术的研究；新型器件研发的进一步跟进，如兼具高速与低功耗优点的集成铌酸锂光波导。篇四：光纤通信技术的应用现状及意义什么是光纤-光纤的定义-光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是“光的全反射”，即通过在纤芯中传导光信号（亮或暗）来传输数字信息。-光纤的构成-光纤的典型结构是一种细长的双层或多层同轴圆柱形实体复合纤维，轴对称结构。自内向外分为：纤芯、包层、涂覆层，最外层是护套。核心部分为纤芯和包层，纤芯位于光纤中心，作用是传输光波。包层位于纤芯外层，作用是将光波限制在纤芯中，同时还起到一定的机械保护作用。纤芯与包层共同构成介质光波导，实现光信号的传输。涂覆层是一层高分子涂层，主要是对裸光纤提供保护，防止其损坏。石英光纤原材料主要是玻璃，塑料光纤原材料主要是聚苯乙烯塑料，所以光纤成本低。-光纤的种类-根据传输模式分为单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）两种类型。（1）单模光纤：只传一种模式的光，其模间色散很小，适合远距离的光纤传输。（2）多模光纤：可传多种模式的光，其模间色散较大，传输的距离较短。其他分类方式：按纤芯直径、工作波长、材质、传输模式、折射率等。什么是光纤通信技术-光纤通信技术的定义-光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输媒质，将信息从一点发送到另一点的通信方式。-光纤通信技术的优点-相比较传统通信方式，光纤通信优点很多：(1)带宽高根据奈奎斯定律，光纤极限传输的带宽是770Tbps（1Tbps=1024Gbps），在实际应用中，传输带宽已超800Gbps，远超传统通信介质如同轴电缆的带宽。（2)损耗低，中继距离长光信号经光纤传输时由于吸收、散射等原因引起光功率的减小称为损耗。石英光纤传输损耗大约0.2～0.5dB/公里,相比较而言，传统通信介质如同轴电缆的传输损耗高达19dB/公里。（3)抗电磁干扰光纤系统的原材料主要是石英纤维，非金属材质，本身具有较强的抗电磁干扰性，雷电、电离层的变化以及太阳黑子和耀斑不会对光纤通信形成干扰。（4)重量轻光纤与铜线或其他的通信材料相比，密度很低，重量非常轻。此外，光纤非常细，带涂敷层的光纤外径约为250微米，而同轴电缆的直径达10mm。（5)信息传输安全光纤通信是采用光作为信号来发送信息，其本身没有电磁辐射，也没有电平信号，因此光信号很难被外界捕捉和窃听，光通信相对而言是比较安全的通信方式。光纤的发展阶段1966年，随着华裔物理学家高锟的《光频率介质纤维表面波导》论文的发表，正式打开了人类光纤通信新纪元。目前而言，光纤通信主要经历了以下发展阶段：第一阶段：1966-1976年，从基础研究到商业应用的开发时期。在这一阶段，实现了短波长0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。第二阶段：1976-1986年，以提高传输速率和增加传输距离为研究目标并大力推广应用的发展时期。此间，光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到长1.31μm和1.55μm，并实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离达到了10050km。第三阶段：1986-1996年，以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.510Gb/s，无中继传输距离可达150100km。第四阶段：1996年-2009年是同步数字体系光纤传输网络时代，光纤通信系统引进光放大器，从而减少中继器的需求，利用波分复用技术增加了光纤传输速率（可达10Tb/s），传输距离可高达到160km。第五阶段：2010年至今，年光纤通信系统引进光孤子技术，利用光纤非线性效应使脉波在保持原本的波形下抵抗色散，同时在此阶段光纤通信系统成功的扩展了波分复用器的使用波长，将原先的1530nm~1570nm延伸至1300nm~1650nm。另外，在此阶段（2016年）OM5光纤的正式上线。部分厂家的单纤容量可以达到96Tbps，可从容应对云时代数据流量的爆发式增长。光纤通信技术的应用及意义光纤通信技术诞生以来，得到了飞速的发展，在广播电视、电力通信、干线传输、企业/园区和家庭网等各领域得到了大规模的部署应用，为科技和社会领域带来了重大变革。如今，随着云计算、元宇宙AR/VR高清沉浸体验业务、人工智能、智慧工厂和数字孪生、智慧医疗、物联网、大数据、F5G/5G等新业务新技术的不断涌现，光纤通信已经成为数字经济、数字新基建的重要承载力量，具有了更为重要的时代意义。根据CiscoVNI报告，2022年全球网络的IP流量将达到4.8ZB（1Z=10亿G），将超过之前的所有年份互联网流量总和。至2022年底，预计全球60％的人口将成为互联网用户，并将有285亿固定和移动个人设备连接到互联网上，时刻产生着巨大的IP流量，尤其园区、企业、学校、医院、工厂、家庭等场景的设备和连接，是互联网信息产生和使用的主要场景，因此，园区网络全光纤化已经成为不可阻挡的发展趋势。当前，光纤通信正在进入新时代，向着高可靠、智能化的全光网发展，光联万物将很快到来，光纤通信将革命性地、全面地助推全社会数字经济的发展。篇五：AMicrofiberHalfCouplerforRefractiveIndexSensing用于折射率传感的微米光纤半耦合器图左(a)2x2光纤定向耦合器结构图；左(b)光纤半耦合器结构图；左(c)光纤耦合器均匀区横截面；左(d)光纤半耦合器浸入不同折射率溶液中的仿真光谱；图右测试半耦合器探针折射率测量能力的实验装置图。Q.Zhang,J.Lei,B.Cheng,Y.Song,L.HuaandH.Xiao,AMicrofiberHalfCouplerforRefractiveIndexSensing,IEEEPhotonicsTechnologyLetters,29(18),1525(2017).本文研究了微米光纤半耦合器并用于折射率传感。该传感器探针是通过将熔融型光纤定向耦合器从均匀区中心切开制备而成的。当该结构耦合器被用于折射率传感时，反射光谱会随着折射率增大而发生蓝移，其灵敏度在折射率范围1.39-1.40中实测达到6142.0nm/RIU，这一灵敏度和其他类型光纤传感器性能相当。该传感器的折射率灵敏度会随着均匀区直径减小或周围介质折射率增大而增大。该基于半耦合器的折射率探针具有反射模式传感和结构紧凑的优点，可用于原地化学和生物传感领域。TaperedOpticalFiberCouplersFabricatedbyDroplet-BasedChemicalEtching基于液滴化学刻蚀方法制备锥形光纤耦合器图(a)基于湿法刻蚀制备2x2螺旋形光纤定向耦合器的结构图；(b)基于湿法刻蚀制备2x2螺旋形光纤定向耦合器的显微图，光纤浸入氢氟酸液滴的长度约为9mm；(c)刻蚀光纤均匀区半径与刻蚀时间的函数关系图，液滴大小为200μL，黑色三角为氢氟酸，蓝色圆圈为缓冲氧化物刻蚀液；(d)单根光纤在液滴化学刻蚀过程中的传输光谱变化图，图中0.14dB的最终损耗代表制备锥形光纤所引起的总插入损耗，插图为该方法制备的锥形光纤的锥区和均匀区显微图；(e)仿真的传输损耗与被刻蚀光纤半径的函数关系，插图为有限元法仿真的光纤直径为1.69μm的截面标准化吸收图，仿真的传输损耗为11.31dB/cm。G.Son,Y.JungandK.Yu,TaperedOpticalFiberCouplersFabricatedbyDroplet-BasedChemicalEtching,IEEEPhotonicsJournal,9(5),1(2017).本文提出一种基于两步湿法刻蚀低损耗锥形光纤制备2x2螺旋形定向耦合器，该刻蚀方法使用基于氢氟酸的液滴和表面张力控制流动，从而获得光滑的表面和符合绝热条件的锥区，并且可以通过更换刻蚀液控制刻蚀速度，氢氟酸用于快速刻蚀光纤的包层部分，缓冲氧化物刻蚀液用于低速刻蚀，精确控制微纳光纤均匀区直径。该基于液滴的湿法刻蚀法提供了简单经济的制备锥形光纤和多端口定向耦合器的方法。本文还通过在化学刻蚀过程中测量传输光谱能量的方法在线监测传输损耗，并对损耗进行了仿真，仿真与实验结果保持较好的一致性。制得的2x2光纤定向耦合器在通信C波段表现出波长不敏感的特性，并且插入损耗小于0.5dB。Thermo-optictuningofwhisperinggallerymodelasingfromadye-dopedhollowpolymeropticalfiber基于染料空芯聚合物光纤回音壁模式激光器的热光调谐图1实验装置图图2谐振波长随温度的变化曲线V.Anand,S.Mathew,B.Samuel,etal.,Thermo-optictuningofwhisperinggallerymodelasingfromadye-dopedhollowpolymeropticalfiber.Opticsletters,42(15),2926-2929(2017).染料掺杂聚合物微纳光纤因具有成本低、机械灵活性及制备简单的优点，可用于制备低阈值激光器。染料掺杂聚合物微纳光纤可利用染料掺杂聚合物光纤，通过拉锥方法制备微纳光纤，或利用染料掺杂聚合物溶剂来实现光纤的制备。基于染料掺杂聚合物阶跃光纤、渐变光纤以及空芯光纤已被实现。由于任何谐振腔尺寸或者有效折射率的变化都会引起谐振波长的偏移，所以可利用这一特性来实现谐振波长的可调谐。本文，将染料掺杂空芯聚合物微纳光纤放置于封闭柱形金属腔中的中心空洞内，利用U型夹持器来实现微纳光纤的固定并通过三维位移台进行精确对准。此外，通过外部电流源来控制微腔内的温度。最终，实现了0.44nm的波长可调谐，并且当温度从25度变化至60度过程中，最大灵敏度为0.011nm/℃。Couplingofwhispering-gallerymodesinthegraphenenanodiskplasmonicdimers在基于石墨烯纳米盘的等离子二聚体中的回音壁模式耦合效应图(a-h)电场分布图；(i)耦合间距对等离子体波长的影响。W.Qiu,Y.Huang,H.Chen,etal.,Couplingofwhispering-gallerymodesinthegraphenenanodiskplasmonicdimers.Plasmonics,12(1),39-45(2017).光学微腔主要包括回音壁模式微腔，珐珀腔以及基于光子晶体的点缺陷微腔。上述微腔因可以实现电磁场能量的约束与增强，所以近些年备受关注。当两个或多个微腔靠近在一起，会形成光学分子。在近十年，不同结构的光学分子已被提出并进行了在多个领域的应用研究。最近，Witzany等人通过实验手段探索了在具有光谱签名的GaInP微盘二聚体结构中的强耦合效应。之后，Shuai等人优化了耦合谐振腔的光波导结构并实现了光束劈裂及频率筛选。此外，研究者还通过多个微腔耦合的结构实现了透明效应。微盘谐振腔因具有品质因子高、模式体积小的优点，因此当多个谐振腔耦合在一起时，会提高微腔性能。此外，两个微盘的侧面耦合系统可克服由于圆对称所引起的各向同性问题，并实现双向或单向辐射。此外，由两个微盘组成的光学分子是一种最简单、基础的光学分子结构。所以，这种结构是研究其它复杂光学分子以及新型原子物理、量子光学领域的基础。对于传统的电介质微盘而言，当微盘的尺寸接近光学衍射极限时，会产生较大的辐射损耗。然而，对于金属-电介质微盘而言，因其表面等离子体的作用具有较高的约束能力，所以可有效降低微腔的尺寸并保持较高的品质因子。但是，在此种结构中，由于较强的吸收损耗会导致其具有较高的电阻损耗。此外，等离子体的谐振特性很难实现可调谐。石墨烯是一种新型的二维材料，其传播长度和电磁场的约束能力远优越于贵金属材料。此外，化学物掺杂的变化或者门电压的变化将改变石墨烯的化学势能与导电率。所以，石墨烯等离子体可较为容易的实现频率调谐。本文，我们提出了一种单层石墨烯等离子体分子，并利用有限元分析探索了几何参数对电磁场分布，品质因子等光学特性参数的影响。Opticalnear-fieldexcitationatcommercialscanningprobemicroscopytips:atheoreticalandexperimentalinvestigation商业扫描显微探针的近场光学激发：理论和实验研究图(a)激发波长800nm，尖端半径65nm时，电场增强随尖端长度变化关系图；(b)电场增强随入射角度变化关系图；(c)电场增强随入射光偏振角度变化关系图；(d)电场增强随薄膜厚度变化关系图。C.Huber,A.Trügler,U.Hohenester,etal.Opticalnear-fieldexcitationatcommercialscanningprobemicroscopytips:atheoreticalandexperimentalinvestigation[J].PhysicalChemistryChemicalPhysics,16(6):2289-2296(2014).研究者们理论研究了几何参数和照明参数对扫描显微探针(SPM)尖端和基底之间电场增强的影响，仿真研究采用基于边界元方法(BEM)的Matlab的MNPBEM工具箱。对不同尖端长度的场增强进行计算表明，由于更强的表面等离子体谐振，金探针相比硅探针的谐振峰更显著，但在实际情况下很难找到确定的几何参数以满足可利用的激发波长的谐振条件，因此研究者对未谐振的情况也进行了研究。对激发光的入射角的影响计算表明，对于更大的入射角存在着最大场增强。研究者提出并证实了一种通过测量谐振频率的用于电场矢量与尖端主轴对齐的新方法，这对于侧面照明SPM装置获得最大的场增强很重要。研究者还首次研究了薄膜厚度的影响，薄膜厚度小于40nm时对谐振波长和场增强都有着显著的影响，这表明金层厚度的精确控制对于可重复实验是很重要的。Highlyefficientplasmonictipdesignforplasmonnanofocusinginnear-fieldo