光纖技術主要涉及哪些領域

A. 光纖通信技術的技術分類

光纖技術的進步可以從兩個方面來說明： 一是通信系統所用的光纖； 二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個，即850nm（第一窗口）、1310nm（第二窗口）以及1550nm（第三窗口）。近幾年相繼開發出第四窗口（L波段）、第五窗口（全波光纖）以及S波段窗口。其中特別重要的是無水峰的全波窗口。這些窗口開發成功的巨大意義就在於從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內，都能實現低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長。這一技術成果將帶來巨大的經濟效益。另一方面是特種光纖的開發及其產業化，這是一個相當活躍的領域。
特種光纖具體有以下幾種：
1. 有源光纖
這類光纖主要是指摻有稀土離子的光纖。如摻鉺（Er3+）、摻釹（Nb3+）、摻鐠（Pr3+）、摻鐿（Yb3+）、摻銩（Tm3+）等，以此構成激光活性物質。這是製造光纖光放大器的核心物質。不同摻雜的光纖放大器應用於不同的工作波段，如摻餌光纖放大器(EDFA）應用於1550nm附近（C、L波段）；摻鐠光纖放大器（PDFA）主要應用於1310nm波段；摻銩光纖放大器（TDFA）主要應用於S波段等。這些摻雜光纖放大器與喇曼（Raman）光纖放大器一起給光纖通信技術帶來了革命性的變化。它的顯著作用是：直接放大光信號，延長傳輸距離；在光纖通信網和有線電視網（CATV網）中作分配損耗補償；此外，在波分復用（WDM）系統中及光孤子通信系統中是不可缺少的關鍵元器件。正因為有了光纖放大器，才能實現無中繼器的百萬公里的光孤子傳輸。也正是有了光纖放大器，不僅能使WDM傳輸的距離大幅度延長，而且也使得傳輸的性能最佳化。
2.色散補償光纖(Dispersion Compensation Fiber，DCF)
常規G.652光纖在1550nm波長附近的色散為17ps/nm×km。當速率超過2.5Gb/s時，隨著傳輸距離的增加，會導致誤碼。若在CATV系統中使用，會使信號失真。其主要原因是正色散值的積累引起色散加劇，從而使傳輸特性變壞。為了克服這一問題，必須採用色散值為負的光纖，即將反色散光纖串接入系統中以抵消正色散值，從而控制整個系統的色散大小。這里的反色散光纖就是所謂的色散補償光纖。在1550nm處，反色散光纖的色散值通常在-50~200ps/nm×km。為了得到如此高的負色散值，必須將其芯徑做得很小，相對折射率差做得很大，而這種作法往往又會導致光纖的衰耗增加（0.5~1dB/km）。色散補償光纖是利用基模波導色散來獲得高的負色散值，通常將其色散與衰減之比稱作質量因數，質量因數當然越大越好。為了能在整個波段均勻補償常規單模光纖的色散，又開發出一種既補償色散又能補償色散斜率的雙補償光纖（DDCF）。該光纖的特點是色散斜率之比（RDE）與常規光纖相同，但符號相反，所以更適合在整個波形內的均衡補償。
3. 光纖光柵（Fiber Grating)
光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在紫外光的照射（通常稱為紫外光寫入)下，於光纖芯部產生周期性的折射率變化（即光柵）而製成的。使用的是摻鍺光纖，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照射（在載氫氣氛中），使纖芯的折射率產生周期性的變化，然後經退火處理後可長期保存。相位掩膜板實際上為一塊特殊設計的光柵，其正負一級衍射光相交形成干涉條紋，這樣就在纖芯逐漸產生成光柵。光柵周期模板周期的二分之一。眾所周知，光柵本身是一種選頻器件，利用光纖光柵可以製作成許多重要的光無源器件及光有源器件。例如：色散補償器、增益均衡器、光分插復用器、光濾波器、光波復用器、光模或轉換器、光脈沖壓縮器、光纖感測器以及光纖激光器等。
4. 多芯單模光纖（Multi-Coremono-Mode Fiber，MCF)
多芯光纖是一個共用外包層、內含有多根纖芯、而每根纖芯又有自己的內包層的單模光纖。這種光纖的明顯優勢是成本較低，生產成本較普通的光纖約低50%。此外，這種光纖可以提高成纜的集成密度，同時也可降低施工成本。以上是光纖技術在近幾年裡所取得的主要成就。至於光纜方面的成就，我們認為主要表現在帶狀光纜的開發成功及批量化生產方面。這種光纜是光纖接入網及區域網中必備的一種光纜。光纜的含纖數量達千根以上，有力地保證了接入網的建設。 光有源器件的研究與開發本來是一個最為活躍的領域，但由於前幾年已取得輝煌的成果，所以當今的活動空間已大大縮小。超晶格結構材料與量子阱器件，已完全成熟，而且可以大批量生產，已完全商品化，如多量子阱激光器（MQW-LD，MQW-DFBLD）。
除此之外，已在下列幾方面取得重大成就。
1. 集成器件
這里主要指光電集成（OEIC）已開始商品化，如分布反饋激光器(DFB-LD）與電吸收調制器(EAMD）的集成，即DFB-EA，已開始商品化；其它發射器件的集成，如DFB-LD、MQW-LD分別與MESFET或HBT或HEMT的集成；接收器件的集成主要是PIN、金屬、半導體、金屬探測器分別與MESFET或HBT或HEMT的前置放大電路的集成。雖然這些集成都已獲得成功，但還沒有商品化。
2. 垂直腔面發射激光器(VCSEL)
由於便於集成和高密度應用，垂直腔面發射激光器受到廣泛重視。這種結構的器件已在短波長（ALGaAs/GaAs）方面取得巨大的成功，並開始商品化；在長波長（InGaAsF/InP）方面的研製工作早已開始進行，也有少量商品。可以斷言，垂直腔面發射激光器將在接入網、區域網中發揮重大作用。
3. 窄帶響應可調諧集成光子探測器
由於DWDM光網路系統信道間隔越來越小，甚至到0.1nm。為此，探測器的響應譜半寬也應基本上達到這個要求。恰好窄帶探測器有陡銳的響應譜特性，能夠滿足這一要求。集F-P腔濾波器和光吸收有源層於一體的共振腔增強（RCE）型探測器能提供一個重要的全面解決方案。
4. 基於硅基的異質材料的多量子阱器件與集成（SiGe/Si MQW)
這方面的研究是一大熱點。眾所周知，硅（Si）、鍺（Ge）是間接帶隙材料，發光效率很低，不適合作光電子器件，但是Si材料的半導體工藝非常成熟。於是人們設想，利用能帶剪裁工程使物質改性，以達到在硅基基礎上製作光電子器件及其集成（主要是實現光電集成，即OEIC）的目的，這方面已取得巨大成就。在理論上有眾多的創新，在技術上有重大的突破，器件水平日趨完善。 光放大器的開發成功及其產業化是光纖通信技術中的一個非常重要的成果，它大大地促進了光復用技術、光孤子通信以及全光網路的發展。顧名思義，光放大器就是放大光信號。在此之前，傳送信號的放大都是要實現光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器後就可直接實現光信號放大。光放大器主要有3種：光纖放大器、拉曼放大器以及半導體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子（如鉺、鐠、銩等）作為激光活性物質。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶； 摻銩光纖放大器的增益帶是S波段；摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應製作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖後，會發生非線性效應?喇曼散射。在不斷發生散射的過程中，把能量轉交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當昂貴。半導體光放大器（S0A）一般是指行波光放大器，工作原理與半導體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，製造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產量很小。
到此，我們系統、全面地評論了光纖通信技術的重大進展，至於光纖通信技術的發展方向，可以概括為兩個方面： 一是超大容量、超長距離的傳輸與交換技術； 二是全光網路技術。 隨著通信網路逐漸向全光平台發展，網路的優化、路由、保護和自愈功能在光通信領域中越來越重要。採用光交換技術可以克服電子交換的容量瓶頸問題，實現網路的高速率和協議透明性，提高網路的重構靈活性和生存性，大量節省建網和網路升級成本。光交換技術可分成光的電路交換（OCS）和光分組交換（OPS）兩種主要類型。光的電路交換類似於現存的電路交換技術，採用OXC、OADM等光器件設置光通路，中間節點不需要使用光緩存，對OCS的研究已經較為成熟。根據交換對象的不同OCS又可以分為：⑴ 光時分交換技術，時分復用是通信網中普遍採用的一種復用方式，時分光交換就是在時間軸上將復用的光信號的時間位置t1轉換成另一個時間位置t2 ⑵ 光波分交換技術，是指光信號在網路節點中不經過光/電轉換，直接將所攜帶的信息從一個波長轉移到另一個波長上。⑶ 光空分交換技術，即根據需要在兩個或多個點之間建立物理通道，這個通道可以是光波導也可以是自由空間的波束，信息交換通過改變傳輸路徑來完成⑷ 光碼分交換技術，光碼分復用（OCDMA）是一種擴頻通信技術，不同戶的信號用互成正交的不同碼序列填充，接受時只要用與發送方相同的法序列進行相關接受，即可恢復原用戶信息。光碼分交換的原理就是將某個正交碼上的光信號交換到另一個正交碼上，實現不同碼子之間的交換。

B. 光纖在通信中的應用有哪些

1、市話中繼線。

通常是先光纖到達公司機房，然後由光端機把光信號轉為電信號（同軸電纜），1對同軸電纜也就是一根PRI，也就是一根數字中繼，雖然說是一根，但是卻能同時支持30路語音同時呼入呼出、同時辦公，相當於30路模擬中繼。

2、比特傳輸方法。

比特是數據傳輸的最小單位。比特同步是指接收端時鍾已經調整到和發送端時鍾完全一樣，因此接收端收到比特流後，就能夠在每一個比特的中間位置進行判決。

3、網路傳輸線路。

用於全球通信網、各國的公共電信網（如中國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線）。

4、電視信號傳輸。

它還用於高質量彩色的電視傳輸、工業生產現場監視和調度、交通監視控制指揮、城鎮有線電視網、共用天線（CATV）系統

5、區域網中使用。

用於光纖區域網和其他如在飛機內、飛船內、艦艇內、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

C. 光纖的應用領域有哪些

光纖傳輸是一種脈沖調制過程。光脈沖來自激光二極體，每秒可閃爍數百萬次。如果需要，還可用中繼器將信號增強。光電檢測器接收到這一信號，再在另一端把它恢復為原來的形式。

光纖傳送模擬信號(例如話音)力不從心，但傳送由聲音、圖像等轉換成的數字信號卻游刃有餘，因此光纖是建立進行聲音、文字、圖像、數據傳輸的綜合通信網——綜合業務數字網(ISPN)理想的、不可缺少的技術手段。

隨著光纖製造工藝水平的提高，光纖的成本日益下降，使光纖得到了廣泛的應用。不少發達國家，開始把光纜鋪到公路旁、住宅前，為實現「光纖到辦公室」、「光纖進入家庭」做准備。到1990年，它的長途電話線路中，光纖已佔一半以上。以光纖通信為依託，利用資料庫技術，現已能為用戶提供電視「按需點播」的服務。用戶可在任何時間，隨心所欲地點播想看的電視節目，甚至還可以自己安排節目的結局，自己製作電視節目供其他人觀看。