Optical Fiber Communication Technology

Diksha Sharma , Ashish Sachdeva

Deptt. Of Electronics And Communications

JMIT, Radaur

1 Introduction of Optical Fiber Communication

Optical fiber communication is the use of optical fiber transmission signals, the transmission of information in order to achieve a means of communication. Referred to as optical fiber communication optical fiber communications. Can be based on optical fiber communication optical fiber as transmission medium for the 'wired' optical communication. Fiber from the core and cladding of the inner core is generally a few microns or tens of microns, than a human hair; outside layer called the cladding, the role of cladding is to protect the fiber. In fact the use of optical fiber communication system is not a single fiber, but that brings together a number of fiber-optic cable componentsOptical fiber communication is the use of light for the carrier with fiber optics as a transmission medium to spread information from one another means of communication. 1966, Dr. Gao Kun Chinese British published an epoch-making nature of the papers, he proposed the use of cladding material with a quartz glass optical fibers, as a communications medium.

Since then, opened up the field of optical communications research. The United States in 1977 in Chicago, 7000 meters away from the telephone exchange between the two, the first multi-mode fiber with the successful conduct of the test optical fiber communication. 85-micron-band multi-mode fiber for the first generation of fiber-optic communication systems.Also in 1981 a telephone exchange between the two using 1. 3-raicron multimode fiber communication system, for the second-generation fiber-optic communication systems. In 1984 achieved a 1.3-micron single-mode optical fiber communication system, that is, the third generation optical fiber communication systems. In the late 80rsquo; s and the realization of the L 55-micron single-mode optical fiber communication system, that is, fourth-generation fiber-optic communication systems. Light wavelength division multiplexing to increase rates, with growth in light transmission distance to enlarge the system, for the fifth-generation fiber-optic communication systems. New system, coherent optical fiber communication systems, has reached the level of field experiments will be applied. Optical soliton communication systems can be extremely high rate, end of the 20th century or the beginning of the 21st century likely to be practical. In this system together with the fiber amplifier is likely to achieve very high rates and very long-distance optical fiber communicationsOn optical fiber communication technology itself, they should include the following main parts: optical fiber and cable technologies, transmission technology, optical active devices, optical passive device and optical network technology.

2 Optical fiber and cable technologies

Fiber-optic technology can be seen from two aspects to illustrate: First, communication systems used in optical fiber; Second, the special fiber. Early optical transmission window of only three, namely 850nm first window, 1310nm second window and 1550nm third window.

Have been developed in recent years, the fourth window L band, the fifth window fulliave fiber-optic, and S-band window. Of particular importance was the absolute peak of the full wave window. Successful development of these windows is of great significance 1280nm to 1625nm from a broad range of the optical frequency, can achieve low loss, low dispersion transmission, transmission capacity to make hundreds of times, thousands or even tens of thousands of times times the growthbull;这一技术成果将带来巨大的经济效益. The out come of thi s technology will bring huge economic benefits. On the other hand is the development of specialty optical fiber and industrialization, this is a very active area.

2.1 Special fiber-optic concrete

2.1.1 Active optical fiber

Mainly refers to this type of fiber mixed rare-earth ions in optical f iber. Such as erbium-doped Er3 , neodymium-doped Nb3 , doped praseodymium Pr3 , Yb Yb3 , thulium-doped Tm3 and so on, to constitute a laser active material. This is the core of optical amplifier fiber-optic material. Different doped fiber amplifier used in the work of different bands, such as erbium-doped fiber amplifier EDFA used in 1550nm near the C, L-band; praseodymium-doped fiber amplifier PDFA is mainly used in 1310nm band; thulium-doped fiber amplifier TDFA, etc. are mainly used in S-band. These doped fiber amplifier and Raman Raman for fiber amplifiers with optical fiber communication technology has brought revolutionary changes. Significant role it is: a. direct optical signal amplification to extend the transmission distance; in optical fiber communication network and cable television CATV network in compensation for the distribution of wear and tear; In addition, wavelength division multiplexing WDM systems and optical soliton communication system is an indispensable key components. Is because fiber amplifier, repeater can be achieved without the one million kilometers of optical soliton transmission. It is also with the fiber amplifier, WDM transmission can not only significantly extend the distance, but also makes the best of the performance of transmission.

2.1.2 DCF Dispersion Compesation Fiber, DCF

Conventional G. 652 fiber in the 1550nm wavelength dispersion for near 17ps/nm X km. When the rate of more than 2.5Gb/s, along with the increase in transmission distance, would lead to error. If used in the CATV system will signal distortion. The main reason is the accumulation of value is caused by dispersion increased dispersion, so that deterioration of transmission characteristics. To overcome this problem, we must adopt a value of negative dispersion optic

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光纤通信技术

Diksha Sharma , Ashish Sachdeva

Deptt. Of Electronics And Communications

JMIT, Radaur

1 光纤通信简介

光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微 米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根 的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。1966 年 英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英 玻璃光学纤维，能作为通信媒质。

从此，开创了光纤通信领域的研究工作。1977年美国在芝加哥相距7000米的两电 话局之间，首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。85微米波段的为第一代光纤通信系统。1981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的 通信系统，为第二代光纤通信系统。1984 年实现了 1. 3 微米单模光纤的通信系统，即第三代光纤通信系统。80 年代中后期又 实现了 1. 55微米单模光纤通信系统，即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的 系统，为第五代光纤通信系统。新系统中，相干光纤通信系统，已达现场实验水平，将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率，20 世纪末或21世纪初可能达到实用化。在该系统中加上有可能实现极高 速率和极长距离的光纤通信。

2 光纤电缆技术

早期光纤的传输窗口只有3个，SP 850nm第一窗口、1310nm第二窗口以 及 1550nm 第三窗口。近几年相继开发出第四窗口 L波段、第五窗口全波光纤以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波 窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在子从1280nm到1625nm的广阔的光频 范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发 及其产业化，这是一个相当活跃的领域。

2.1 特殊光纤混凝土

2.1.1 有源光纤

如掺铒Er3 、掺钕Nb3 、掺镨Pr3 、掺镱Yb3 、掺铥Tm3 等，以此构 成激光活性物质。这是制造光纤光放大器的核心物质。This is the core of optical amplifier fiber-optic materialbull;不同掺杂的光纤放大器应 用于不同的工作波段，如掺饵光纤放大器EDFA应用于1550nm附近C、L波段;掺 镨光纤放大器PDFA主要应用于1310nm波段;掺铥光纤放大器TDFA主要应用于S 波段等。这些掺杂光纤放大器与_曼Raman光纤放大器一起给光纤通信技术 带来了革命性的变化。它的显著作用是:直接放大光信号，延长传输距离;在 光纤通信网和有线电视网CATV网中作分配损耗补偿;此外，在波分复用WDM系统 中及光孤子通信系统中是不可缺少的关键元器件。正因为有了光 纤放大器，才能实现无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤放大器，不仅能使WDiM传输 的距离大幅度延长，而且也使得传输的性能最佳化。

2.1.2 分散复合纤维

当速率超过2. 5Gb/s时，随着传输距离的增加，会导致误码。若在 CATV 系统中使用，会使信 号失真。其主要原因 是正色散值的积累引起色散加剧，从而使传输特性变坏。为了克月艮这——问题， 必须采用色散值为负的光纤，即将反色散光纤串接入系统中以抵消正色散值，从 而控制整个系统的色散大小。这里的反色散光纤 就是所谓的色散补偿光纤。在1550nm处，反色散光纤的色散值通常 在-50~200ps/nm X km。为了得到如 此高的负色散值，必须将其芯径做得很小，相对折射率差做得很大，而这种作法往 往又会导致光纤的衰耗增加0bull; 5〜ldB/km。色散补偿光纤 是利用基模波导色散来获得高的负色散值，通常将其色散与衰减之比称作质量因 数，质量因数当然越大越好。为了能在整个波段均匀补偿常规单 模光纤的色散，最近又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的'双补偿'光纤。该光纤的特点是色散斜率之比RDE与常规光纤相同， 但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。

2.2 光纤光栅

使用的是掺锗光纤，在相位掩膜板的掩蔽下， 用紫外光照射在载氢气氛中，使纤芯的折射率产生周期性的变化，然后经退火处 理后可长其月保存。相位掩膜板实际上为一块特殊设计的光栅，其正负一级衍射光相交形成干涉条纹，这样就在纤芯逐渐产生成光栅。光栅周期模板周期的二分之一。众所周知，光栅本身是一种选频器件，利用光纤光栅可以制作成许多重要 的光无源器件及光有源器件。例如:色散补偿器、增益均衡器、光分插复用器、光滤波器、光波复用器、光模 或转换器、光脉冲压缩器、光纤传感器以及光纤激光器等。这种光纤的明显优势是成本较低，生产成本较普通的光纤约低 50%。此外，这种光纤可以提 高成缆的集成密度，同时也可降低施工成本。以上是光纤技术在近几年里所取得的主要成就。 至于光缆方面的成就，我们认为主要表现在带状光缆的开发成功及批量化生产方面。这种光缆是光纤 接入网及局域网中必备的一种光缆。目前光缆的含纤数量达千根以上，有力地 保证了接入网的建设。

3 光学有源器件

超晶格结构材料与量子阱器件，目前己完全成熟，而且可以大批量生产，已完全商品 化，如多量子阱激光器 MQW-LD，MQW-DFBLD。

3.1 集成设备

虽然这些集成都 己获得成功，但还没有商品化。

3.2 垂直腔面发射激光器

这种结构的器件已在短波长ALGaAs/GaAs方面取得巨大的成功，并开始商品化； 在长波长InGaAsF/InP方面的研制工作早已开始进行，目前也有少量商品。可以断言，垂直腔面发射激光器将在接入网、局域网中发挥重 大作用。

3.3 光子探测器的窄带可调集成响应

为此，探测器的响应谱半宽也应基本 上达到这个要求。恰好窄带探测器有陡锐 的响应谱特性，能够满足这一要求。集FP腔滤波器和光吸收有源层于一体的共振腔增强RCE型探测器能提供一个重 要的全面解决方案。众所周知，娃 Si、锗 Ge 是简接带源材料，发光效率很低，不适合作光电子器件，但是Si材料的半导体工艺非常成熟。于是人们设想，利用能带剪裁工程使物质改性，以达到在硅基基础 上制作光电子器件及其集成主要是实现光电集成，即0EIC的目的，这方面已取得 巨大成就。在理论上有众多的创 新，在技术上有重大的突破，器件水平日趋完善。

3.4 光无源器件

由于光纤接入网及全光网络的发展，导致光无源器件的发展空 前地热门。常规的常用器件己达到一定的产业规模， 品种和性能也得到了极大的扩展和改善。所谓光无源器件就是指光能量消耗型器件、 其种类繁多、功能各异，在光通信系统及光网络中主要的作用是：连接光波导或 光路；控制光的传播方向;控制光功率的分配；控制光波导之间、器件之间和光 波导与器件之间的光耦合；合波与分波；光信道的上下与交叉连接等。早期的几种光无源器件已商品化。其中光纤活动连接器无论在 品种和产量方面都己有相当大的规模，不仅满足国内需要，而且有少量出口。光分路器功分器、光衰减器和光隔离器己有小批 量生产。随着光纤通信技术的发展，相继 又出现了许多光无源器件，如环行器、色散补偿器、增益平衡器、光的上下复用 器、光交叉连接器、阵列波导光栅CAWG等等。这些都还处于研发阶段或试生产阶段， 有的也能提供少量商品。按光纤通信技术发展的一般规律来看，当光纤接入网大规模兴 建时，光无源器件的需求量远远大T对光有源器件的需求。这主要是由 r接入网的特点所决定的。接入网的市场约为整个通信市场的三分之一。因而，接入网产品有巨大的市场及潜在的市场。光复用技术是当今光纤通信技 术中最为活跃的一个领域，它的技术进步极大地推动光纤通信事业的发展，给传 输技术带来了革命性的变革。波分复用当前的商业水平是273个或更多的波长，研究水平是1022个波长能传输 368亿路电话，近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为15000个波长包括光 的偏振模色散复用，OPDM，据 1999 年 5 月多伦多的 Light Management Group Inc ofToronto 演示报 导，在一根光纤中传送了 65536个光波，把PC数字信号传送到200m的广告板上， 并采用声光控制技术，这说明了密集波分复用技术的潜在能力是巨大的。

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