光纤与通信工程的关系（原来光通信与光纤通信不是一个概念）

最早的光通信可追溯到中国古代的利用火光传递信息的烽火台通信，它是一种利用普通光的视觉光通信。烽火台通信的改进是利用不同颜色的烽烟组合来传递更复杂的信息。现在还在一些特殊场合使用的旗语通信也属于视觉通信的范畴。但这些通信方式都存在传输信息量太小的缺点，都不能称为现代意义的光通信。

现代意义上的光通信可追溯到1881年贝尔发明的“光电话”，但因为既没有可靠的高强度光源，也没有稳定低损耗的传输媒介，光通信的发展受到极大限制，这种情况一直持续到20世纪60年代。1960年，世界上的第一台红宝石激光器诞生；1970年，美国贝尔实验室研制成功了半导体激光器；1966年，华裔科学家高锟博士提出了石英玻璃光纤可用于光通信的理论研究，并因此在2009年获得了诺贝尔奖；1970年，美国康宁公司研制出了世界上第一根低损耗石英光纤。光源、传输媒介这两个制约光通信发展的最主要问题相继得以解决后，光通信也取得了飞跃式、革命性的进步。

目前，随着光通信的新理论、新技术、新设备和新应用的不断发展，光通信系统更是成为国家乃至全球最重要的信息基础设施。

一、光通信的基本概念

光通信就是利用光波来传送信息。现代意义的光通信是指利用特殊的技术手段使光波上承载高速的数据信息，提高通信容量；同时尽量降低光波传输过程中的损失，以延长传输距离。下面首先介绍光通信的一些基本概念。

1．光波

光波是一种频率极高的电磁波，但一般习惯采用波长描述。光波波长与频率的关系可用下式表示。

式中，λ为光波的波长，其物理含义是波在一个振动周期内传播的距离；c为光波在自由空间中传播的速度，其值为3×108m/s；f为频率，其物理含义是交变电磁波在单位时间（每秒）变化的周期数。光波波长常用单位有微米（µm）（1µm=10⁻⁶m）、纳米（nm）（1nm=10⁻⁹m）和埃（Å）（1Å=10⁻¹⁰m）。光波的波长为10nm～100µm，对应的频率范围为1012～1016Hz。

光波又可细分为红外线（也称红外光）、可见光和紫外（也称紫外光），它们各自的波长范围如图2-1所示。

图2-1 光波的波长范围

红外线波段（λ＞0.76µm）又分为近红外、中红外和远红外，该波段主要用于光纤通信、红外制导和天文学等；可见光波段（λ为0.39～0.76µm），是人眼实际可见的波长，如太阳光、白炽灯及许多激光源（如He-Ne激光器）等发出的光；紫外线波段（λ＜0.39µm），比人眼实际可见光的波长还要短得多，目前很少应用于通信。

2．光通信的分类

①按照媒介不同，光通信可分为有线光通信和无线光通信。

有线光通信是指以光波作为载体，用光纤为传输媒介的通信方式，具有传输距离长、通信容量大等特点。

无线光通信是指以光波作为载体，不用光纤为传输媒介的通信方式，具有抗电磁干扰能力，相对于有线光通信系统来讲，无线光通信具有更高的机动性和灵活性。

②按信号体制不同，光通信可分为模拟光通信和数字光通信。

二、光通信的主要特点

1．有线光通信的主要特点

有线光通信通常是指光纤通信，与金属同轴电缆等有线通信方式相比，具有如下优点。

①通信容量大。由于光纤的可用带宽较大，一般在10GHz以上，使光纤通信系统具有较大的通信容量。而金属电缆由于存在分布电容和分布电感的低通滤波影响，使得利用金属电缆的信号传输频率、带宽及信息承载能力受到限制。

②传输距离长。光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的距离。光纤系统仅需要少量的中继器，光缆与金属电缆的造价基本相同，少量的中继器使光纤通信系统的总成本比相应的金属电缆通信系统要低。

③抗电磁干扰。金属电缆发生干扰的主要原因就是金属导体向外泄漏电磁波。由于光纤的材料是玻璃或塑料，不会产生电磁波泄漏，不存在相互之间的电磁干扰。

④环境适应性强。光纤对恶劣环境有较强的适应能力，比金属电缆更能适应温度变化，而且腐蚀性液体或气体对其影响较小。

⑤重量轻、安全、易敷设。光缆的安装和维护比较安全、简单，在易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸或起火，比相应的金属电缆体积小、重量轻，占用的存储空间小，方便运输。

⑥保密性好。由于光纤不向外辐射能量，对光缆进行窃听的难度较大，因此光纤通信通常具有比铜缆更好的保密性。

光纤通信的缺点如下。

①强度较差。光缆本身与同轴电缆相比抗拉强度要低得多。这可以通过使用标准的光纤包层PVC得到改善。

②不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光缆显然不能胜任，在光缆系统中还必须额外使用金属电缆。

③专用的工具、设备及培训。需要使用专用工具完成光纤的焊接及维修；需要专用测试设备进行常规测量；光缆的维修既复杂又昂贵，从事光缆工作的技术人员需要通过相应的技术培训并掌握一定专业技能。

2．无线光通信的主要特点

无线光通信通常指自由空间光通信（Free Space Optical Communication，FSO），具有如下优点。

①安装便捷、使用方便，适用于在特殊地形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。

②不挤占无线电频率资源、电磁兼容性好、抗强电磁干扰能力强等。

③与微波、毫米波通信相比，半导体激光通信系统在价格上也有较强的竞争优势，是一种易于被市场和用户接受的通信手段。

④是组建各种局域网和最后一公里接入的有效手段。

#光通信#