光纤通信技术的应用现状及意义

        什么是光纤？

        1、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。

        2、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。

        3、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。

        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。

        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，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。

        3、光纤通信的发展阶段

        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：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。

        4、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Cisco VNI报告，2022年全球网络的IP流量将达到4.8 ZB（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。 

        博为科技：专注于光纤宽带的技术研发与创新

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