光纖通訊

雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)很多技術(shù)降低諸如色散之類的問題，也使得光纖通訊系統(tǒng)的容量已經(jīng)達(dá)到14Tb/s以及160公里的傳輸距離，仍然有些問題需要工程師與科學(xué)家的研究與克服。以下是這些問題的簡單討論。

對于現(xiàn)代的玻璃光纖而言，最嚴(yán)重的問題并非訊號的衰減，而是色散問題，也就是訊號在光纖內(nèi)傳輸一段距離后逐漸擴散重疊，使得接收端難以判別訊號的高或低。造成光纖內(nèi)色散的成因很多。以模態(tài)色散為例，訊號的橫模(transverse mode)軸速度(axial speed)不一致導(dǎo)致色散，這也限制了多模光纖的應(yīng)用。在單模光纖中，模態(tài)間的色散可以被壓抑得很低。

但是在單模光纖中一樣有色散問題，通常稱為群速色散(group-velocity dispersion)，起因是對不同波長的入射光波而言，玻璃的折射率略有不同，而光源所發(fā)射的光波不可能沒有頻譜的分布，這也造成了光波在光纖內(nèi)部會因為波長的些微差異而有不同的折射行為。另外一種在單模光纖中常見的色散稱為極化模態(tài)色散(polarization mode dispersion)，起因是單模光纖內(nèi)雖然一次只能容納一個橫模的光波，但是這個橫模的光波卻可以有兩個方向的極化(polarization)，而光纖內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)缺陷與變形都可能讓這兩個極化方向的光波產(chǎn)生不一樣的傳遞速度，這又稱為光纖的雙折射現(xiàn)象(fiber birefriigence)。這個現(xiàn)象可以透過極化恒持光纖(polarization-maintaining optical fiber)加以抑制。

訊號在光纖內(nèi)衰減也造成光放大器成為光纖通訊系統(tǒng)所必需的元件。光波在光纖內(nèi)衰減的主因有物質(zhì)吸收、瑞立散射(Rayleigh scattering)、米氏散射(Mie scattering)以及連接器造成的損失。雖然石英的吸收系數(shù)只有0.03dB/km，但是光纖內(nèi)的雜質(zhì)仍然會讓吸收系數(shù)變大。其他造成訊號衰減的原因還包括應(yīng)力對光纖造成的變形、光纖密度的微小擾動，或是接合的技術(shù)仍有待加強。

現(xiàn)代的光纖通訊系統(tǒng)因為引進(jìn)了很多新技術(shù)降低訊號衰減的程度，因此訊號再生只需要用于距離數(shù)百公里遠(yuǎn)的通訊系統(tǒng)中。這使得光纖通訊系統(tǒng)的建置費用與維運成本大幅降低，特別對于越洋的海底光纖而言，中繼器的穩(wěn)定度往往是維護(hù)成本居高不下的主因。這些突破對于控制系統(tǒng)的色散也有很大的助益，足以降低色散造成的非線性現(xiàn)象。此外，光固子也是另外一項可以大幅降低長距離通訊系統(tǒng)中色散的關(guān)鍵技術(shù)。

雖然光纖網(wǎng)絡(luò)享有高容量的優(yōu)勢，但是在達(dá)成普及化的目標(biāo)，也就是"光纖到戶"(Fiber To The Home, FTTH)以及"最后一哩"(last mile)的網(wǎng)絡(luò)布建上仍然有很多困難待克服。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求日增，已經(jīng)有越來越多國家逐漸達(dá)成這個目的。以日本為例，光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)開始取代使用銅線的數(shù)位用戶回路系統(tǒng)。

對于某個通訊系統(tǒng)而言，使用傳統(tǒng)的銅纜作為傳輸介質(zhì)較好，或是使用光纖較佳，有幾項考量的重點。光纖通常用于高帶寬以及長距離的應(yīng)用，因為其具有低損耗、高容量，以及不需要太多中繼器等優(yōu)點。光纖另外一項重要的優(yōu)點是即使跨越長距離的數(shù)條光纖并列，光纖與光纖之間也不會產(chǎn)生串訊(cross-talk)的干擾，這和傳輸電訊號的傳輸線(transmission line)正好相反。

不過對于短距離與低帶寬的通訊應(yīng)用而言，使用電訊號的傳輸有下列好處:

較低的建置費用

組裝容易

可以利用電力系統(tǒng)傳遞資訊

因為這些好處，所以在很短的距離傳輸資訊，例如主機之間、電路板之間，甚至是集成電路芯片之間，通常還是使用電訊號傳輸。然而目前也有些還在實驗階段的系統(tǒng)已經(jīng)改采光來傳遞資訊。

在某些低帶寬的場合，光纖通訊仍然有其獨特的優(yōu)勢:

能抵抗電磁干擾(EMI)，包括核子造成的電磁脈沖。(不過光纖可能會毀于α或β射線)

對電訊號的阻抗極高，所以能在高電壓或是地面電位不同的狀況下安全工作。

重量較輕，這在飛機中特別重要。

不會產(chǎn)生火花，在某些易燃的環(huán)境中顯得重要。 沒有電磁輻射、不易被竊聽，對于需要高度安全的系統(tǒng)而言十分重要。

線徑小，當(dāng)繞線的路徑被限制時，變得重要。

為了能讓不同的光纖通訊設(shè)備制造商之間有共通的標(biāo)準(zhǔn)，國際電信聯(lián)盟(International Telecommunications Union, ITU)制定了數(shù)個與光纖通訊相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括:

ITU-T G.651, "Characteristics of a 50/125 μm multimode graded index optical fibre cable"

ITU-T G.652, "Characteristics of a single-mode optical fibre cable"

其他關(guān)于光纖通訊的標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定了發(fā)射與接收端，或是傳輸介質(zhì)的規(guī)格，包括了:

10G以太網(wǎng)路(10 Gigabit Ethernet)

光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)

光纖通道(Fibre channel)

HIPPI

同步數(shù)位階層(Synchronous Digital Hierarchy)

同步光纖網(wǎng)絡(luò)(Synchronous Optical Networking)

此外，在數(shù)位音效的領(lǐng)域中，也有利用光纖傳遞資訊的規(guī)格，那就是由日本東芝(Toshiba)所制定的TOSLINK規(guī)格。采用塑膠光纖(plastic optical fiber, POF)作為媒介，系統(tǒng)中包含一個采用紅光LED的發(fā)射器以及整合了光偵測器與放大器電路的接收器。

分享,進(jìn)步,促進(jìn)行業(yè)發(fā)展

為全球需要的人免費提供ADSL語音分離器技術(shù)和光纖通訊技術(shù)的咨詢和服務(wù)。

與全球同行共同交流，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。