光纤通信中常用的调制方式是什么

第三节　光纤通信技术

一、光纤通信的发展历史

光纤通信即用光来传递信息并非是一个全新的概念，其实在古代就早已有这种类似的光通信形式。例如，烽火台就是这样一种最简单的光通信系统：烽火是光源；调制方式是点燃烽火与息灭烽火，这是最简单的二进制编码调制方式；传输介质是大气；光探测器是人的眼睛。这种古代的烽火台光通信系统已经包括了现代光通信系统中最基本的部分：发射、调制、接收（眼睛）、解调（人的大脑）。但是这种原始的最简单的光通信系统有许多不足和缺点：第一，传送的信息量太少，只能告诉人们有敌人（烽火燃）和无敌人（烽火灭）这样两种信息。至于敌人多少，谁带领，携带什么武器，从哪个方向来等等，都无法给出；第二，传送距离太近，只能传送到肉眼看得到的地方；第三，抗干扰能力差，雨雾天不能传送；第四，保密性很差，点燃烽火后，不仅自己人能看见，敌人也能看见；第五，不能进行识别和纠错，城池一旦被攻占，敌人也可以根据需要点燃烽火，但自己无法识别究竟是谁点燃的烽火，对一些明显的错误信息也不能自动进行纠正；第六，响应速度慢，从点火到火光冲天使人们能看得见，没有十几分钟到半个小时是不行的；第七，它不能双向工作，不能进行双向传递信息，也不能对信号进行交换，等等。现代光通信系统就是为了解决上述这些问题而不断进行改进设计，因此使系统变得越来越复杂。但是万变不离其宗，它的基本思想都是很简单的。

除了烽火台这样一种简单的光通信系统外，还有一种用灯、手、眼所组成的光通信系统。在这种光通信系统中，灯是光源，手是调制器，眼是光探测器，解码由大脑来完成。这种光通信系统至今在某些场合都还在使用，如夜间船舶舰艇之间通信等。

无论是烽火台还是用灯、手、眼所组成的光通信系统，都不是真正用光来进行“通话”。而第一位用光来进行“通话”实验的是美国著名科学家和发明家贝尔。贝尔是电话的发明人，1876年他发明电话后，1880年他又用可见光波来进行通话，传送了几百米远，他称这种电话为“光电话”。贝尔在世界上第一次用光波把声音传送出去。但由于当时的技术条件限制，包括光源、探测器、调制器、解调器、电子元器件、传输介质等多种因素的限制，只能做一做原理性实验，没有什么实用价值，因此很长时间没有得到发展和推广。

直到1960年麦曼制作的世界上第一台激光器问世，光通信才又活跃起来。因为激光作为一种崭新的光源，具有强度高、方向性好、相干性好等优点。科学家们立即意识到，由于光波频率比微波高，若作为载波，它的信息容量将比微波大很多。另外，由于光波的波长很短，和微波相比，它的衍射效应也要小很多。因此，用这种相干性很好的激光光波来代替微波进行大气通信，将是非常理想的。所谓衍射效应，它是波的一种属性，是当波传播时受到某种孔径，如发射天线的限制时，波束会发散。无论是微波或光波，当它通过直径为D的天线发射出去时，由于波的衍射效应，使光束或波束发散，其光束或波束的发散角Φ＝1．22λ／D，其中λ为光波或微波的波长。由于微波的波长λ_微比光波的波长λ_光要大几个数量级，因此，光波通信和微波通信相比，在同样的发散角Φ的条件下，采用光波通信所需要的发射天线的口径或直径可以很小很小，要小几个数量级。或者换一种说法，光通信可以将光束的发散角Φ压缩得非常小，即光束的方向性、定向性很好，能够使光能量集中在一个方向上在非常小的范围内进行传送，因此，可传送得很远且保密性很好。正是由于这些优点，在世界上第一台激光器问世后，使得贝尔最早开始的大气光通信又蓬勃发展了一段时期。

但是，好景不长，虽然激光光束的方向性、定向性很好，能够使光能量集中在非常小的范围内在一个方向上进行传送，这似乎应当使激光传送得很远，但是由于地球表面大气层中云、雾、雨、雪对激光束的强烈衰减，使得作为“无线光通信”的大气光通信的前景又暗淡下来。但尽管如此，正是这段时期大气光通信的辉煌发展，对于光源、光电探测器、光调制器、光学元器件、各种光学材料包括非线性光学材料等的发展，都产生了极大的推动作用。另外，这段时期大气光通信的发展，对将来在一些特殊场合下的使用以及空间或卫星间的光通信的发展，无疑是有巨大意义的，会产生深远的影响。

为了克服“无线光通信”中传输介质大气的不良影响，人们自然想到是否可以采用“有线光通信”的方式，即传输介质不通过大气而采用有线的方式。于是，有人提出采用“透镜波导”将光束缚在波导中进行传输来避免大气的影响。所谓“透镜波导”，是在管道中隔一定距离安装上一片会聚透镜，使传播过程中发散了的光束不断地隔一定距离又重新再会聚一次，这样将光波约束在管道内进行传播。至于光束的转弯，则可用棱镜或者反射镜来实现。这种透镜波导虽然能避免大气的影响，损耗也较小，但毕竟体积大，不便于安装和使用，因而未能得到实际推广应用。

将光波约束在波导内进行传播以避免大气的影响，人们自然想到了光纤。光纤也是一种波导，它和透镜波导的不同在于传输介质不是空气而是玻璃，光纤将光波束缚在光纤芯内进行传播。但是在1970年以前，即使使用一般人看来非常透明的光学玻璃材料制作的光纤，其损耗都非常大，一般是每公里上千分贝甚至更高，根本无法在光通信中使用。光学玻璃材料的损耗是以厘米为单位计算的，当时使用这种光学玻璃材料制作的光纤，长度一般最多都只有几米长，对这样大的损耗还是能够容许的。由于材料对光的衰减是和长度或厚度成指数关系的，以往用所谓非常透明的光学玻璃所制作的各种光学元器件，厚度最多只有1～2cm，所以损耗不是主要的严重的问题。虽然光学玻璃看来已经相当“透明”，但是到了上千米的长度，情况就变得非常严重以致到达无法容忍的程度。经过理论和实验分析，发现当时光纤损耗高的主要原因是由于杂质、OH离子以及一些过渡元素等产生的对光的吸收造成的。1966年，英国科学家Kao等预言，光纤损耗降低到20dB／km是可能的。若达到这一指标，光纤通信将是可能实现的。1970年，美国Corning公司第一次宣布它所研制的高纯硅酸盐玻璃单模光纤的损耗已小于20dB／km，从而打开了光纤通信走向实用化的大门，使光纤通信迅速地发展起来。几年之后，光纤损耗不断迅速下降，达到1dB／km甚至更低。

光纤通信的发展和与之相关的关键元器件的发展是紧密相联的。作为传输介质的光纤，当然是其中最关键的元器件之一，但除此之外，光源和光电探测器也是光纤通信系统中的关键元器件。光纤通信是一门综合技术，没有光源和光电探测器的进步也是不可能的。在20世纪50年代末和60年代，固体技术、半导体材料和工艺技术等得到了迅速的发展。作为可见光和近红外波段的半导体硅光电探测器的工艺水平已经相当成熟，包括Si－PIN和Si＝APD（硅雪崩光电二极管）。因此，作为光纤通信系统来说，完全可以借用，不存在重大问题。但是作为光纤通信系统中的光源—半导体激光器来说，仍然是除了光纤以外的另一个大障碍。虽然半导体激光器已经于1962年问世，但开始它只能在低温液氮下以脉冲方式工作，阈值高，寿命短。值得庆幸的是，由于采用所谓异质结结构这一关键工艺技术，使得半导体激光器阈值迅速下降．并开始能在室温工作。特别是在1970年，由于采用双异质结结构，使得GaAs／GaAlAs半导体激光器实现了室温连续运转工作，为光纤通信走向实用化在光源方面奠定了基础。所谓“双异质结结构”，是指在具有较宽能带间隙的N型和P型半导体材料之间，夹一层能带间隙较窄的半导体材料作为有源层，形成势阱，将载流子限制在这一势阱内以有利于形成激光振荡。虽然半导体激光器实现了室温连续运转，但开始工作寿命还很短，只能工作一两小时。要使光纤通信真正走向实用化，半导体激光器的工作寿命必须在百万小时以上。又经过近十年的努力，在20世纪70年代末，这一目标终于实现了。光纤通信才完全走上实用化、商业化的轨道。

半导体激光器有许多优点，如它的调制速度高、谱线窄、发散角小、易于和光纤耦合等，因此特别适合于在长距离光纤通信系统中使用。但是半导体激光器并不是光纤通信系统中使用的唯一的光源。对于中、短距离的光纤通信系统，半导体发光二极管（LED）同样也是一种很好的光源，半导体发光二极管的最大优点是寿命长、价格低、线性好。在光纤通信系统中究竟是使用半导体激光器，还是使用半导体发光二极管，要根据系统的综合技术指标来考虑，以获得最佳的价格／性能比。

光纤通信最初的工作波段是在0．85μm附近，使用的光源是GaAs／GaAlAs半导体器件，探测器是硅半导体器件。后来发现在1．3μm附近，光纤的损耗和色散都更低，特别是在1．32μm附近，是光纤的零色散点；而在1．55μm附近，是光纤的最低损耗点。因此，光纤通信自然而然地向1．3μm～1．55μm的长波长方向发展。同时，这也促进和推动光源和光电探测器向1．3μm～1．55μm的长波长方向发展。于是，出现了InGaAsP／InP，四元化合物的长波长半导体激光器件和半导体光电探测器件以及Ge半导体光电探测器件的发展。

综上所述，光纤通信的发展经历了从20世纪60年代的准备阶段，70年代的实验和试用阶段，80年代的实际商业运行阶段发展到了90年代的世界范围大规模使用阶段的发展过程。

二、光通信的概念及系统的基本组成

图31　电磁波频谱图

所谓通信，就是互通信息，互相传递信息。信息的含义很广，声音是信息，图像是信息，数据也是信息。因此，通信不仅是打电话，传电视、传数据也是通信。通信的基本目的是将信息尽可能不失真地从一个用户传递给另一个用户，或者反过来进行传送。而光通信，顾名思义，就是利用光波来进行通信。光通信是相对于电通信而言的。以往的电通信，包括有线电通信和无线电通信，是利用电磁波来进行通信的。当然，光波也是一种电磁波，只不过它的频率更高，波长更短。图31是电磁波频谱图。由图中可以看出，光波只占整个电磁波频谱中的一部分。我们现在所说的光通信中的光波，不是狭义上的只为肉眼所能看见的可见光，而是广义上的包括红外线在内的整个部分。整个电通信的发展过程，是从长波到短波，从低频到高频，即从低频无线电波到高频微波的发展过程。从图31可以看出，光波，包括红外线，它们的波长比微波更短，频率比微波更高，因此，从电通信中的微波通信向光通信方向发展，是一种自然的，也是必然的趋势。

光通信是利用光波来进行通信，光通信系统的基本组成结构框图如图32所示：在A端将各个从用户来的信息，包括电报、电话、传真、图表文字、图像、电视、可视电话、数据等各种信息，以电信号的形式送到电终端，电终端将所有这些电信号信息组合起来变成复合电信号。这种组合过程又称为复用。然后，这种复合电信号再送到光终端中去调制，使这些电信号变成光信号，以光信号的形式进入传输介质进行传送。传输介质可以是大气或真空，也可以是光纤或光波导。由于光信号经过一定距离传输后不可避免地会受到各种衰减，光信号将变得越来越弱；同时，由于传输路径上的各种干扰，还会引起信号失真。需要中继器对被衰减并产生失真的光信号进行放大、整形，然后再进行传输。中继器就象加油站一样，使接力赛跑的接力棒一次一次地往下传。中继方式有光—电—光方式和光—光方式两种。在光—电—光方式中，首先需要将光信号变成电信号，然后对电信号进行放大整形，最后再用放大整形后的电信号去驱动光源而得到新的幅度较强、波形较好的光信号，再进行下一级传送。光—光方式是直接将光信号进行光放大，而无须先将光信号转换成电信号。近年来迅速发展起来的掺铒光纤放大器，就可以用于光—光中继方式。当光信号传送到B端以后，首先进入B端的光终端，在光终端中将光信号解调出来变成电信号，经过放大整形后再送到电终端进行解复用，同时还将对信号进行交换，使其正确无误地到达指定的用户；反过来，信息由B端传送到A端，是完全类似的相反的过程。当然，实际的光通信系统比这复杂得多，但基本组成是没有多大变化的。

图32　光通信系统的基本组成结构框图

从光通信系统的基本组成可以看出，虽然光波是属于整个电磁波频谱中的一部分，但光通信毕竟和一般的电通信不同，其主要差别在于光终端和传输介质，即在光终端中使用的光源、光电探测器和其它一些光学元件，而传给介质使用的是由光纤构成的光缆，不是一般的电缆等。

由于光通信和一般的电通信主要差别在于光终端和传输介质，即在光终端中使用的光源、光电探测器和其它一些光学元件以及光纤等，因此，下面用图33来进一步说明光信号的处理和传递过程：待传送的信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去。因为光波也是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同，因此，发射光学系统又称发射天线。由发射天线发送出去的光信号经过传输介质，如大气、光纤等，到达接收端。在接收端，由接收光学系统或接收天线将光聚焦到光电探测器上，光电探测器的作用是将光信号转变成电信号。由于光信号经过长距离传输后会衰减和失真，因此需先用前置放大器将其放大整形，然后送解码器进行解码，最后由终端显示器，如电话、传真机、电视等将原始信号显示出来。

图33　光信号的处理和传递过程

三、光通信系统的分类

光通信系统可以按不同的方式来进行分类。

若按传输介质来进行分类，可分为大气光通信系统和光纤通信系统。大气光通信系统是属于无线通信系统，它的传输介质是大气或真空。由于地球表面大气层对光衰减很严重，因此地面大气光通信的发展受到限制。但是今后卫星之间的光通信，即空间或深空光通信系统，仍然是非常有前途的。因为在宇宙空间中，传输介质几乎是真空，没有大气干扰和衰减的问题。光纤通信系统是属于有线通信系统，它的传输介质是光纤。

若按调制方式来进行分类，可分为模拟光通信系统和数字光通信系统。模拟光通信系统传送的是模拟信号，数字光通信系统传送的是数字信号。所谓模拟信号，是指在幅度上和时间上都是连续变化的信号；所谓数字信号，是指在幅度上和时间上都是不连续变化的、离散的信号。对于一般的脉冲信号，虽然它在时间上是间断的、不连续的，但它在幅度或宽度上仍是连续变化的，我们一般也认为它们是模拟信号而不是数字信号。因此，不能将脉冲调制方式一律看作是数字调制方式，不能将两者简单地等同起来。但是，数字调制方式必然是脉冲调制的。模拟调制方式有许多类型，如强度调制（IM）、幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）、脉位调制（PPM）、脉宽调制（PWM或PDM）、脉幅调制（PAM）、脉冲频率调制或脉冲数调制（PFM或PNM）等等。数字调制方式主要有脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM）、增量调制（△M）等。由于数字通信系统所占的带宽比较宽，而带宽非常宽又是光纤的主要优点之一，因此，光纤通信系统特别适合于采用数字调制方式的数字通信系统，光纤通信的发展极大地促进和推动了数字通信的发展。虽然光纤通信和数字通信两者是密切相关的，但光纤通信和数字通信毕竟是两个不同的概念，两个不同的范畴，不能将两者等同起来，混为一谈。

若按信号的复用方式来进行分类，可分为频分复用系统（FDM）、时分复用系统（TDM）、波分复用系统（WDM）和空分复用系统（SDM）。所谓频分、时分、波分和空分复用，是指按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。应当说，频率和波长是紧密相关的，频分也即是波分，但在光纤通信系统中，由于波分复用系统分离波长是采用光学分光元件，它不同于电通信中一般采用的滤波器，所以许多人仍将两者分成两个不同的系统。

若按光电探测方式来进行分类，可分为直接探测光通信系统和相干探测光通信系统。直接探测是将光作为粒子，即光子来处理的；而相干探测则是将光作为波，即光波来处理的。

若按传输距离的长短来进行分类，可分为长距离干线光纤通信系统、中短距离局间光纤通信系统和短距离用户光纤通信系统。长距离干线光纤通信系统一般是几百公里、上千公里、甚至几千公里陆地或跨洋海底光纤通信系统。局间光纤通信系统一般只有几公里或几十公里。随着光纤光缆成本的下降，光缆甚至可以直接到用户，这种超短距离使用的用户光纤通信系统一般只有几十米到几百米，同时这种超短距离使用的光纤通信系统在光纤传感通信方面也是有相当广阔的应用前景的。

四、光纤通信的特点

光通信和普通的电通信相比，有许多独特的优点：

1．光通信使用光载波的信息容量特别大

我们曾经指出，光波和一般电磁波相比，它的频率更高，波长更短。例如，对于波长λ为0．6μm的红光，其频率高达5×10¹³Hz。而一般电磁波的频率为3×10⁵Hz～3×10⁸Hz，即使电磁波中波长更短的微波，其频率也仅为10¹⁰Hz。我们知道，在载波通信中，如果载波的频率越高，则它的信息容量就越大。或者简单地说，它容许通话的路数就越多。如果用光波作载波，由于光波的频率很高，所以它的信息容量就非常巨大。我们可以这样简单来估算一下光通信中光载波的信息容量：一个标准电话话路所占的频带宽度为3kHz，即带宽△f为3×10³Hz，而光载波的频率为5×10¹³Hz。因此，从理论上讲，对于频分复用（FDM）光通信系统，它能容许的最多的通信话路的路数N＝f／△f＝5×10¹³／3×10³＝1．25×10¹¹。即可以通1250亿路电话。若用它来传电视，因一路电视的带宽△f为6×10⁶Hz，即6MHz，通过同样简单的计算可以知道，它可以传送10⁸路，即1亿路电视。这几乎是令人难以置信的神仙数字。这是激光刚一问世就令科学家们欢欣鼓舞的重要原因之一。但这只是理想的情形，事实上由于许多技术上的困难，是不可能达到这样高的信息容量的。不过无论如何，信息容量大的确是光通信的一个非常突出的优点。

2．光纤通信中光纤的带宽宽，传输数据速率高

光通信系统中，除了要求使用的光载波的信息容量大而外，还需传输介质的频带宽度也要宽，否则信息容量就会受到信道传输介质的频带宽度的限制。在光纤通信中，传输介质是光纤。光纤的特点之一就是它的带宽非常宽，可达几千兆赫兹乃至更高，比一般的通信电缆的频带宽度要宽得多。所谓信道传输介质的频带宽度，可以通俗形象地将它比作公路的路面宽度。公路的路面宽，自然允许通过的车流量就大。正因为如此，现在有人将光纤通信系统比喻为信息高速公路，在这种信息高速公路上，不仅允许通过的“车”流量，即信息容量大，而且允许许多占“公路”的路面很宽的“大车”，即占频带宽度很宽的信号通过。比如在前面所举的例子中，一个标准电话话路所占的频带宽度为3kHz，即带宽△f为3×10³Hz，它只相当于一辆自行车所占的公路的路面宽度，而一路电视的带宽△f为6×10⁶Hz，即6MHz，它将占用1500路（6×10⁶Hz／3×10³Hz）电话话路所占的频带宽度。简直象是一辆特大的卡车，它所占路面宽度相当于1500辆自行车所占路面宽度。尽管如此，由于光纤的带宽非常宽，即使对这样占频带很宽的信号，它也是不在乎的。另外，正是由于光纤的带宽非常宽，所以它还特别适合于进行数字通信。数字通信具有中继过程中噪声不累加、噪声可以压制到任意小等优点，是一种先进的通信方式。但是数字通信所占传输信道的带宽较宽，也就是说，它的优点是以牺牲信道带宽为代价的。由于光纤带宽很宽，因此它完全能够承受这种牺牲。在数字通信中，是以每秒能传输的比特（bit）数，即0或1的个数，来表示它的信息流最或信息容量的。很明显，每秒能传输的比特数越高，0或1所占的时间间隔就越小，或者简单地说，它要求信号脉冲越窄。而信号脉冲越窄，它所占的信道的带宽就越宽。由于光纤的带宽非常宽，所以它允许将光脉冲信号压缩得很窄。在光纤数字通信中，它允许每秒传送的比特数非常高，可达上千兆比特。换句话说，光纤传送的数据速率（每秒比特数）很高。需要说明的是，光纤传送的数据速率高和光的传播速度快是两个概念。光的传播速度和电磁波的传播速度是一样的，不存在所谓快和慢的问题，在介质中它们的速度都为c／n，其中n介质的折射率。有人把传送速度快看作是光纤通信的优点，这实际上是一种误解。光纤的折射率n一般约为1．5，即传播速度约每微秒200m，这几乎是恒定的值。而光纤的数据传送速率则是以每秒能传输的比特数来表示的。

3．光纤损耗低，中继距离长

由于传输介质对光的吸收和散射，光纤总有一定的损耗存在，使光信号通过光纤后变得越来越弱。由于技术和制作工艺的进步，目前已使光纤损耗降至很低，每公里仅零点几乃至零点零几分贝（dB）。因此，光纤通信系统的中继距离可以非常长，一般几十公里乃至上百公里才需中继放大一次。这是电缆根本无法与之相比的。一般电缆的损耗是以百米为单位来计算的，每百米几分贝甚至十几分贝。在电缆通信系统中，中继距离仅一两公里。所以光纤通信特别适合于长距离干线通信，包括跨洋海底通信。由于目前光纤的损耗降得越来越低，以至于光纤的损耗已不再是阻碍中继距离加长的主要和关键因素，因此，许多中继距离受光纤损耗限制的光纤通信系统，现已变成受光纤带宽限制的光纤通信系统了。因为受光纤带宽限制，光脉冲会变宽。当传送数据速率高时，脉冲之间间隔很小，若在传输过程中因为受光纤带宽的限制而使脉冲宽度变宽，会导致前后脉冲无法分辨。在这种情况下，即便光纤损耗再低，到达终点的脉冲幅度再大，也是无法分辨的。这就是受光纤带宽所限制的光纤通信系统。因此，为了增大中继距离，降低光纤损耗和扩展光纤带宽，两者是缺一不可的。

4．光纤通信的保密性好，不易被窃听

由于在传输过程中光纤是将光信号束缚在光纤芯内传播的，光信号向外辐射、泄漏极小，光纤之间串音很小，在传输途中很难被窃听，所以光纤通信保密性很好。这在国防、军事、经济上都有重要意义。

5．光纤通信的抗电磁干扰能力强

一般的电磁辐射的频谱，和光波的频谱相距甚远，它不会叠加到光信号上或混入光信号中，也很难进入光纤芯内影响光信号的传送，而光电探测器又只对一定波段上的光频信号才响应，对一般的电磁波不响应，因此，光纤通信抗电磁干扰能力很强。这使光纤通信系统特别适合于在有强烈电磁干扰的地区或场合中使用，诸如电力系统、电气化铁道中的通信系统、计算机系统中使用。这一优点是一般电缆通信无法比拟的。

6．光纤通信系统的绝缘性能好

由于光纤是由不导电的二氧化硅等材料制成，因此它的绝缘性能好。这使得光纤通信系统特别适合于在强电系统中使用。

7．在光纤通信系统中不存在接地和共地的问题

接地和共地的问题，在通信和电子仪器设备中，是非常重要而麻烦的问题。由于在光纤通信系统中不存在接地和共地的问题，这在两端电位差较大而又无法共地的系统中，诸如在一些高压电力测试、监测系统中进行通信或传感，是很有用的。

8．采用光纤通信系统有巨大的经济意义

光纤的主要材料是二氧化硅，二氧化硅在地球上资源十分丰富。而电缆主要材料是金属铜，相比之下铜较稀少，价格较贵。因此，在光纤通信系统中使用光纤可节省大量的铜材。另外，因光纤通信系统信息容量很大，故平均每个话路的价格就比较便宜。所以采用光纤通信系统在经济价值上是非常有意义的。

9．光纤通信系统的化学稳定性好，寿命长

由于光纤的主要材料是二氧化硅，所以它比以铜为材料的电缆抗化学腐蚀和氧化等性能强，特别适宜在有腐蚀的区域，如化工厂等地区使用。因此光纤通信系统的化学稳定性好，寿命长。

10．光纤的尺寸小，重量轻

光纤的尺寸小，重量轻，因此光纤通信系统特别适合在一些空间有限的地方使用，如船舰、飞机、车辆、火箭、导弹等场合使用，这在国防军事上有十分重要的意义。

光纤通信的优点不可能一一列举完，但仅从以上分析，已足以说明它是一种非常有前途的通信方式。事实上，近二十多年来，光纤通信已在全世界范围得到迅速发展，已经在各个领域得到了广泛的应用。

五、光纤通信的展望

在整个光纤通信的发展过程中，可将光纤通信的发展方向大致归纳为下面几个方面：

1．光纤通信系统从小容量、中容量朝大容量或超大容量方向发展

开始是基群（2．038Mh／s），二次群（8．338Mb／s），三次群（33．368Mb／s）和四次群（139．263Mh／s），后来发展到280Mh／s，560Mb／s，现在发展到1．12Gb／s和2．23Gb／s乃至8Gb／s。更高传输速率的系统实验也正在积极进行。传输速率越高，光脉冲越窄。于是要求光纤的带宽越宽，光源的调制速度越高，光源的谱线宽度越窄，光电探测器的响应也要越快。

2．光纤通信系统从多模光纤向单模光纤以及单模单偏振光纤即保偏光纤方向发展。

随着光纤通信系统容量不断增大，中继距离不断增长，不仅要求光纤的损耗要越来越低，而且要求光纤的色散也要越来越小。光纤的色散主要分为模间色散、材料色散和波导色散。模间色散是多模光纤中产生色散的主要因素。采用单模光纤就不存在模间色散的问题。对于单模光纤来说，特别有意义的是由于材料色散和波导色散可能相互抵消，而在1．32μm附近出现所谓光纤的“零色散点”。另外，研究表明，在1．55μm附近光纤的损耗比1．3μm附近还要低，因此又出现将零色散点从1．3μm向1．55μm方向移动的所谓色散飘移型光纤和兼顾色散和损耗两者的所谓色散平滑型光纤。由于波长越短，散射损耗越大，因此为了减小瑞利散射所产生的固有损耗，光纤有可能向2μm～10μm的超长波段方向发展。对于这种超长波长的光纤，光纤的连接耦合问题也较容易解决。再有，随着相干光通信的发展，要求光纤能保持光的偏振方向，保证相干探测效率。因此，保偏光纤也是一个重要研究方向。

3．光纤通信系统的中继距离越来越长

光纤通信系统的中继距离受光纤损耗和带宽两个因素的限制。因此，光纤通信系统分为受损耗限制的光纤通信系统和受带宽限制的光纤通信系统。由于光纤损耗不断降低，光纤带宽不断增宽，使得光纤通信系统的中继距离越来越长，从十来公里一个中继站发展到几百公里一个中继站。有人估计，若采用超长波长相干光通信系统，可实现跨洋无中继通信。

4．光纤通信系统向波分复用系统方向发展

波分复用是光纤通信系统中的一种特殊的复用方式，采用波分复用可以充分利用光纤宽阔的低损耗区域，在不改变现有的已安装好的光纤通信线路的基础上，可以很容易成倍地提高系统光纤通信系统的容最。

5．光纤通信系统向相干光通信方向发展

目前大多数光纤通信系统采用的都是直接探测方式，在相干光通信中将采用相干探测方式。相干探测方式的最大优点是能提高光通信系统接收机的探测灵敏度。相干探测可分为自差法和外差法两种。为了实现相干光通信，要求光源是相干性很好、谱线很纯、频率很稳定的单频激光器；光纤应是单模单偏振的保偏光纤；还需要性能很好的光隔离器、偏振控制器等等。

6．光纤通信系统向全光通信方向发展

全光通信是指所有的信号都是用光学的方法来进行处理，不需要把它们变成电信号来进行处理。随着光纤放大器的出现，中继方式由光—电—光方式变为光—光方式，即在中继器中不需要先用光电探测器将光信号解调成电信号来进行处理。

7．光纤通信系统向孤子光通信方向发展

随着光纤损耗不断下降，光信号幅度的衰减将越来越不成其为限制通信系统中继距离的关键制约因素；相反，由于各种色散而造成的光脉冲在传播过程中的脉冲展宽却成为限制通信距离的关键因素。孤子是一种孤立波，它在传播过程中没有能量弥散，特别是超短激光脉冲，它通过光纤传输时将没有任何色散而保持脉冲形状不变，这在长距离光纤通信中是非常有吸引力的一种通信方式。

8．光纤通信系统向网络通信方向发展

有人将0．87μm短波长光纤通信系统称为第一代光纤通信系统，将1．0pm波长光纤通信系统称为第二代光纤通信系统，将1．55μm波长光纤通信系统称为第三代光纤通信系统，将相干光光纤通信系统称为第四代光纤通信系统，而将具有光纤放大器的全光通信光纤通信系统称为第五代光纤通信系统，现在正向着第四、第五代实用化方向发展。

光纤通信正在蓬勃发展。我国幅员辽阔、人员众多，需要交换的信息量极大，光纤通信具有广阔的应用前景。目前，电话在家庭中已十分普及，我国急需铺设大量的光纤通信系统这样的高速信息公路，使我们迅速赶上世界先进水平，实现现代化。