Fiberoptikkommunikation, satellitkommunikation och radiokommunikation är de tre pelarna i moderna kommunikationsnätverk, med fiberoptik
kommunikation är grundpelaren på grund av dess många betydande fördelar
Historien om fiberoptisk kommunikation
Att använda ljus för kommunikation är inte ett helt nytt koncept. Forntida mitt lands användning av fyrtorn för larm är ett utmärkt exempel på visuell optisk kommunikation, och européers användning av flaggsignaler för att överföra information kan ses som primitiva former av optisk kommunikation.
Formen av modern optisk kommunikation kan spåras tillbaka till den optiska telefon som uppfanns av Alexander Graham Bell 1880. Han använde solljus som ljuskälla, fokuserade strålen på en vibrerande spegel framför sändaren, vilket fick ljusintensiteten att förändras med rösten, och på så sätt modulerade ljusintensiteten. I den mottagande änden reflekterade en parabolisk spegel ljusstrålen från atmosfären till ett batteri, och en selenkristall fungerade som den optiska mottagaren och omvandlade ljussignalen till en elektrisk ström och överförde på så sätt framgångsrikt röstsignaler genom atmosfären. På grund av avsaknaden av en idealisk ljuskälla och överföringsmedium vid den tiden, hade denna optiska telefon ett mycket kort överföringsavstånd och ingen praktisk tillämpning, så dess utveckling gick långsamt. Den optiska telefonen var dock fortfarande en stor uppfinning, som bevisade möjligheten att använda ljusvågor som bärvågor för att överföra information. Därför kan man säga att Bell optiska telefon var prototypen för modern optisk kommunikation.
Uppfinningen av lampan gjorde det möjligt att konstruera enkla optiska kommunikationssystem och använda dem som ljuskällor, såsom kommunikation mellan fartyg och mellan fartyg och land, bilblinkers och trafikljus. Faktum är att alla typer av indikatorljus är ett grundläggande optiskt kommunikationssystem. I många fall kan bredbandsfluorescerande ljus-emitterande dioder (LED) användas som ljuskällor. 1960 uppfann amerikanen Robert Maiman den första rubinlasern, som på sätt och vis löste problemet med ljuskällor och gav nytt hopp till optisk kommunikation. Jämfört med vanligt ljus har lasrar en smal spektral bredd, utmärkt riktning, extremt hög ljusstyrka och goda egenskaper med relativt konsekvent frekvens och fas. Lasrar är mycket koherent ljus, och deras egenskaper liknar radiovågor, vilket gör dem till en idealisk optisk bärare. Efter rubinlasern dök kväve-väte (He-Ne) och koldioxidlasrar (CO2) upp och sattes i praktisk tillämpning. Uppfinningen och tillämpningen av lasrar inledde en ny era för optisk kommunikation, som hade varit vilande i 80 år.
Sedan Kao Kuen föreslog konceptet med optisk fiber som ett överföringsmedium 1966, har optisk fiberkommunikation utvecklats snabbt från forskning till applikation, med kontinuerliga tekniska uppgraderingar, ständigt förbättrad kommunikationskapacitet (överföringshastighet och reläavstånd) och utökat tillämpningsområde.
De fem stegen av fiberoptisk kommunikation
Det första steget var utvecklingsperioden från grundforskning till kommersiell tillämpning. Från och med 1976, efter takten i forskning och utveckling, och efter många fälttester, togs den första -generationens optiska vågsystem som fungerade vid en våglängd av 0,8 μm officiellt i kommersiell tillämpning 1978.
Det andra steget var den praktiska tillämpningsperioden, med forskningsmålet att förbättra överföringshastigheten och öka överföringsavståndet, och kraftfullt främja dess tillämpning.
Det tredje steget fokuserade på ultra-hög kapacitet och ultra-lång distans, med omfattande och-djupgående forskning om ny teknik. Under denna period uppnåddes 1,55 μm dispersion-förskjuten enkel-optisk fiberkommunikation. Detta optiska fiberkommunikationssystem använder extern moduleringsteknik, vilket uppnår överföringshastigheter på 2,5–10 Gbit/s och repeaterlösa överföringsavstånd på 100–150 km. Ännu högre nivåer kan uppnås i laboratoriet.
Det fjärde steget av fiberoptiska kommunikationssystem kännetecknas av att använda optiska förstärkare för att öka repeateravstånden och använda våglängdsdelningsmultiplexeringsteknik (WDM) för att öka bithastigheten och repeateravstånden. Eftersom dessa system ibland använder noll-skillnads- eller heterodyna-scheman, kallas de också för koherenta optiska kommunikationssystem.
Det femte steget av fiberoptiska kommunikationssystem är baserat på icke-linjär komprimering för att avbryta fiberspridningsbreddning, vilket uppnår konform överföring av optiska pulssignaler, även känd som optisk soliton-kommunikation. Denna etapp har sträckt sig över 20 år och har gjort banbrytande framsteg.
Tillämpningar av modern fiberoptisk kommunikation
Optisk fiber kan överföra både digitala och analoga signaler. För närvarande är 90 % av de globala kommunikationstjänsterna beroende av optisk fiberöverföring. Med utvecklingen av optisk fiberkommunikationsteknik har många länder över hela världen införlivat optiska fiberkommunikationssystem i sina offentliga telekommunikationsnätverk, relänätverk och accessnätverk.
Transmissionsnät för bredband och accessnät för optisk fiber utvecklas snabbt och är för närvarande i fokus för forskning, utveckling och tillämpning. De olika tillämpningarna av optisk fiberkommunikation kan sammanfattas enligt följande:
(1) Kommunikationsnätverk:Fiberoptisk kommunikation används ofta i kommunikationsnätverk och har blivit den vanliga metoden för modern kommunikation.
(2) Lokala datornätverk (LAN) och WAN (Wide Area Networks) utgör Internet.
(3) Trunk- och distributionsnät för kabel-tv-nät, satellitjordstationer i industriella tv-system, mikrovågsledningar, antennmottagare, etc.
(4) Fiberoptiska accessnät för integrerade tjänster.
(5) Fiberoptiska sensorer. Strängt taget hör fiberoptiska sensorer inte till kommunikationsområdet. Fiberoptiska sensorer är dock ett extremt viktigt applikationsområde för fiberoptik.