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光通信是一種以光波為載波的通信方式，它使用光纖作為傳輸介質(zhì)來(lái)傳輸信息。為了增加光路的帶寬，可以采用兩種方法：一是提高光纖的單信道傳輸速率，二是增加單光纖中傳輸的波長(cháng)數，即波分復用技術(shù)（WDM）。波分復用技術(shù)可以將多個(gè)不同波長(cháng)的光信號在同一根光纖中進(jìn)行傳輸，從而大大提高了光纖的傳輸容量。光通信
以光波為載波的通信方式
光通信（Optical Communication）是以光波為載波的通信方式。增加光路帶寬的方法有兩種：一是提高光纖的單信道傳輸速率；二是增加單光纖中傳輸的波長(cháng)數，即波分復用技術(shù)（WDM）。
基本信息
| 中文名 | 光通信 |
| 外文名 | Optical Communication |
| 定義 | 以光波為載波的通信方式 |
| 相關(guān)產(chǎn)品 | 望遠鏡 |
| 領(lǐng)域 |
簡(jiǎn)介
寬帶城域網(wǎng)（BMAN）是我國信息化建設的熱點(diǎn)，DWDM（密集波分復用）的巨大帶寬和傳輸數據的透明性，無(wú)疑是當今光纖應用領(lǐng)域的首選技術(shù)。然而，MAN等具有傳輸距離短、拓撲靈活和接入類(lèi)型多等特點(diǎn)，如照搬主要用于長(cháng)途傳輸的DWDM，必然成本過(guò)高；同時(shí)早期DWDM對MAN等靈活多樣性也難以適應。面對這種低成本城域范圍的寬帶需求，CWDM（粗波分復用）技術(shù)應運而生，并很快成為一種實(shí)用性的設備。對光通信來(lái)說(shuō)，其技術(shù)基本成熟，而業(yè)務(wù)需求相對不足。以被譽(yù)為“寬帶接入最終目標”的FTTH為例，其實(shí)現技術(shù)EPON已經(jīng)完全成熟，但由于普通用戶(hù)上網(wǎng)需要的帶寬不高，使FTTH的商用只限于一些試點(diǎn)地區。但是，在2006年，隨著(zhù)IPTV等三重播放業(yè)務(wù)開(kāi)展，運營(yíng)商提供的帶寬已經(jīng)不能滿(mǎn)足用戶(hù)對高清晰電視的要求，隨之FTTH的部署也提上了日程。無(wú)獨有偶，ASON對傳輸網(wǎng)絡(luò )控制靈活，可為企業(yè)客戶(hù)提供個(gè)性化服務(wù)，不少運營(yíng)商為發(fā)展和維系企業(yè)客戶(hù)，不惜重金投資建設ASON。
未來(lái)傳輸網(wǎng)絡(luò )的最終目標，是構建全光網(wǎng)絡(luò )，即在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)完全實(shí)現“光纖傳輸代替銅線(xiàn)傳輸”。骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)已經(jīng)基本實(shí)現了全光化，部分網(wǎng)絡(luò )發(fā)展較快的區域，也實(shí)現了部分的接入層的光進(jìn)銅退。
按光源特性，可分為激光通信和非激光通信；按傳輸介質(zhì)，可分為大氣激光通信和光纖通信；按傳輸波段，可分為可見(jiàn)光通信、紅外光通信和紫外光通信。光是一種電磁波，其波長(cháng)通常在1×103～5×10-3微米范圍內。光的頻率高，光通信的頻帶寬，通信容量大，抗電磁干擾能力強。激光通信是利用激光傳輸信息的，激光是一種方向性極強的相干光；非激光通信是利用普通光源（非激光）傳輸信息的，如燈光通信。大氣激光通信不需要鋪設線(xiàn)路，便于機動(dòng)，但易受氣候和外界影響，適用于地面近距離通信和通過(guò)衛星反射進(jìn)行的全球通信。采用激光器作光源的光纖通信，不受外界干擾，保密性好，使用范圍廣，適用于陸上和越洋的遠距離大容量的干線(xiàn)數字通信。采用發(fā)光管作光源的光纖通信屬非激光通信，適用于近距離、中小容量的模擬或數字通信?？梢?jiàn)光通信是利用可見(jiàn)光（波長(cháng)0.76～0.39微米）傳輸信息的。早期的可見(jiàn)光通信采用普通光源，如火光通信、燈光通信、信號彈等。由于普通光源散發(fā)角大，通信距離近，只能作為視距內的輔助通信。近代的可見(jiàn)光通信有氦氖激光（紅色）通信和藍綠激光通信。紅外光通信是利用紅外線(xiàn)（波長(cháng)1000～0.76微米）傳輸信息的。紫外光通信是利用紫外線(xiàn)（波長(cháng)0.39～5×10-3微米）傳輸信息的。通常所說(shuō)的紅外光通信和紫外光通信均為非激光通信。這種通信所用的設備結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格低，但在大氣信道中傳輸時(shí)易受氣候影響，適用于沿海島嶼間的輔助通信。紅外光通信還可用作近距離遙控、飛機內廣播和航天飛機內宇航員間的通信等。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非激光通信已部分地被激光通信所代替。利用烽火、燈光傳輸信息的方式是簡(jiǎn)易的可見(jiàn)光通信。1880年，美國人A.G.貝爾發(fā)明了光電話(huà)。第二次世界大戰期間，光電話(huà)曾在軍事上得到應用，光源是非相干光源，在大氣中傳輸受氣候影響大，可靠性差，通信距離近，通信質(zhì)量差，從而限制了它的發(fā)展和應用。1960年，激光器的問(wèn)世解決了光通信的光源問(wèn)題。由于光在大氣信道傳輸時(shí)存在的缺點(diǎn)，促使人們轉向傳光線(xiàn)路的研究，探索了各種空心式波導管和透鏡式線(xiàn)路，同時(shí)也開(kāi)始了對光纖的研究。1966年，華人科學(xué)家高錕曾預言光纖損耗可降低到20分貝／千米以下。1970年，美國康寧玻璃公司生產(chǎn)出損耗為20分貝／千米的光纖，使光通信進(jìn)入了以光纖為傳輸介質(zhì)的新階段。隨著(zhù)半導體激光器壽命的不斷延長(cháng)和光纖損耗的不斷降低，各種類(lèi)型的光纖通信系統大量投入使用。光纖通信將朝著(zhù)長(cháng)波長(cháng)、單模、超低損耗、密集波分復用、超大容量、相干外差檢測、光集成和不用光電變換的全光通信等方向發(fā)展。
歷史
烽火臺
新疆呼圖壁縣境內的烽火臺
烽火臺通信，源于奴隸制國家在政治和軍事方面對通信的需要。據歷史記載，早在三千多年前，中國就有了利用烽火臺通信的方法。關(guān)于烽火通信有個(gè)叫“千金買(mǎi)笑”的故事。故事是這樣的，周朝有個(gè)周幽王，這是一個(gè)非常殘暴而腐敗的君主，他有個(gè)愛(ài)妃名叫褒姒，長(cháng)得非常美麗，《東周列國志》中有這樣一段話(huà)來(lái)形容褒姒：“目秀眉清，唇紅齒白，發(fā)挽烏云，指排削玉，有如花如月之容，傾國傾城之貌?！卑m然很美，但是“從未開(kāi)顏一笑”。為此，周幽王使出了一個(gè)賞格：“誰(shuí)要能叫娘娘一笑，就賞他一千斤金子”（當時(shí)把銅叫金子）。于是有人想出了一個(gè)點(diǎn)起烽火戲諸侯的辦法，想換取娘娘一笑，一天傍晚，周幽王帶著(zhù)愛(ài)妃褒姒登上城樓，命令四下點(diǎn)起烽火。臨近的諸侯看到了烽火，以為西戎（當時(shí)西方的一個(gè)部族）來(lái)犯，便領(lǐng)兵趕到城下救援，但見(jiàn)燈火輝煌，鼓樂(lè )喧天。一打聽(tīng)才知是周幽王為了取樂(lè )于娘娘而干的荒唐事兒，各諸侯敢怒不敢言，只好氣憤地收兵回營(yíng)。褒姒見(jiàn)狀，果然淡然一笑。但事隔不久，西戎果真來(lái)犯，雖然點(diǎn)起了烽火，卻無(wú)援兵趕到。原來(lái)各諸侯以為周幽王又是故伎重演。結果都城被西戎攻下，周幽王也被殺死了，從此西周滅亡了。
仍相傳的“千金買(mǎi)笑”的故事就是從這兒來(lái)的。后來(lái)，又有人寫(xiě)了首詩(shī)，諷刺“烽火戲諸侯”之事，詩(shī)是這樣的：
良夜頤宮奏管簧，無(wú)端烽火燭穹蒼。
可憐列國奔馳苦，止博褒妃笑一場(chǎng)！
這個(gè)歷史故事不僅生動(dòng)的描繪了當時(shí)利用烽火臺通信的情況，同時(shí)也告戒后人，通信是非常重要的，不論在什么時(shí)候也不論是什么人，都不能拿通信當兒戲。
望遠鏡
17世紀中葉，人們發(fā)明了望遠鏡，它使得人們可以看得更遠了。到1791年，法國人發(fā)明了燈信號，此后“燈語(yǔ)”通信在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。信號燈、旗語(yǔ)、望遠鏡等目視光通信的手段仍在使用，但是這一切還是最原始的光通信，不能算作是真正的光通信。不過(guò)，這些原始的光通信由于方便、可靠仍在使用，所以還是有必要了解的，讓我們認識一下望遠鏡吧。
反射望遠鏡
中國最大的光學(xué)望遠鏡是2.16米。茫茫宇宙，繁星似沙，但今后10年，人類(lèi)為天體光譜作的“戶(hù)口登記”數，將超過(guò)以往數百年。因為，人類(lèi)有了新的“千里眼”———大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，該望遠鏡于2004年建成，安放在北京興隆縣燕山山脈中興隆觀(guān)測站，屆時(shí)，將大大提升中國天文學(xué)研究的國際地位，使中國恒星和星系的光譜觀(guān)測達到國際領(lǐng)先水平。
大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）是國際上視場(chǎng)和口徑最大的天文望遠鏡，長(cháng)50米、高30米，視場(chǎng)為5度，口徑達4米，一次觀(guān)測可達20平方度（整個(gè)宇宙空間約有4萬(wàn)平方度）。通過(guò)大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，在21世紀前10年，人類(lèi)就可測出天體光譜100萬(wàn)個(gè)。
折射望遠鏡
世界上最大的射電望遠鏡是波多黎各的阿雷西沃無(wú)線(xiàn)探測儀，它是我們安放在宇宙間的最大的無(wú)線(xiàn)電耳朵。該望遠鏡上的巨大的反向鏡的直徑為305米。阿雷西沃探測儀被用來(lái)搜尋空中的由外星智能生命發(fā)射來(lái)的信號，如果你看過(guò)電影《黃金眼》（英美合拍，1995）及《接觸》（美國，1997），就一定不會(huì )對它陌生。
旗語(yǔ)
雖然人類(lèi)社會(huì )的文明程度和科學(xué)技術(shù)得到了很大的提高，但是簡(jiǎn)單的利用光傳遞信息的方式仍然在廣泛使用，例如紅黃綠交通信號燈，旗語(yǔ)，電燈發(fā)明之后，又有了利用百葉窗和燈光的燈語(yǔ)。讓我們認識一下旗語(yǔ)。
旗語(yǔ)產(chǎn)生于西方的大航海時(shí)代，艦船之間通過(guò)旗語(yǔ)來(lái)進(jìn)行聯(lián)絡(luò )；各種信號旗仍然在船舶上懸掛。在F1的賽車(chē)場(chǎng)也使用到了旗語(yǔ)，可以說(shuō)它也是一種目視光通信的手段。如果你能向F-1賽手像是塞納、舒馬赫、威倫紐夫等高手侃侃有關(guān)F1旗語(yǔ)的話(huà)題，一定能讓他們刮目相看。
了解F1的旗語(yǔ)吧：
白色旗表示跑道上有緩慢移動(dòng)的車(chē)輛
紅色旗表示比賽已停止
黑色旗表示指定的賽車(chē)下次通過(guò)修理站時(shí)要停車(chē)
黑白對角旗表示是非運動(dòng)員行為
黃旗表示有危險
黑白格相間的旗子意思是比賽結束
藍旗表示有車(chē)手正要超車(chē)
黑底黃色圓心旗表示賽車(chē)有故障
綠色旗表示全程暢通
不論是烽火臺、望遠鏡，還是交通紅綠燈、旗語(yǔ)，它們都是光通信的不同形式，但是它們有一個(gè)共同點(diǎn)，就是利用大氣來(lái)傳播可見(jiàn)光，由人眼來(lái)接收。也正因為如此，我們才會(huì )對它們如此地熟悉，可是這些卻不是真正的意義上的光通信，更不是強大的光通信，真正強大的光通信應該是光纖通信。在這里，應該明確，光通信指的是一切運用光作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱(chēng)，而不管傳輸所使用的媒質(zhì)是什么；而光纖通信則是單純地依靠光纖作為媒質(zhì)來(lái)傳送信息的通信方式。
盡管人類(lèi)很早就認識到用光可以傳遞信息，比如3000多年前中國就有了用光傳遞遠距離信息的設施——烽火臺；但是，其后的很多年中，光通信幾乎沒(méi)有什么發(fā)展；后來(lái)又有了用燈光閃爍、旗語(yǔ)等傳遞信息的方法；但是這些都是用可見(jiàn)光進(jìn)行的視覺(jué)通信，是非常原始的光通信方式，不能稱(chēng)得上是完全意義上的光通信。
近100年中，人們仍然沒(méi)有對光通信失去興致，就連大發(fā)明家貝爾（BELL）也嘗試著(zhù)用光來(lái)打電話(huà)，這被認為是近代光通信的開(kāi)始。20世紀60年代后，隨著(zhù)人們對通信的要求變得越來(lái)越強烈，光通信獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我們所說(shuō)的光通信已不再是用可見(jiàn)光進(jìn)行的視覺(jué)通信，而是采用光波作為載波來(lái)傳遞信息的通信方式了?，F代人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了信息社會(huì )，光通信的魅力也逐步地展現人們的面前。
光電話(huà)
光通信的出現比無(wú)線(xiàn)電通信還早。波波夫發(fā)送與接收第一封無(wú)線(xiàn)電報是在1896年，以發(fā)明電話(huà)而著(zhù)名的貝爾，在1876年發(fā)明了電話(huà)之后，就想到利用光來(lái)通電話(huà)的問(wèn)題。1880年，他利用太陽(yáng)光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話(huà)的實(shí)驗，通話(huà)距離最遠達到了213米。1881年，貝爾宣讀了題為《關(guān)于利用光線(xiàn)進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復制》的論文，報導了他的光電話(huà)裝置。在貝爾本人看來(lái)：在他的所有發(fā)明中，光電話(huà)是最偉大的發(fā)明。
貝爾用弧光燈或者太陽(yáng)光作為光源，光束通過(guò)透鏡聚焦在話(huà)筒的震動(dòng)片上。當人對著(zhù)話(huà)筒講話(huà)時(shí)，震動(dòng)片隨著(zhù)話(huà)音震動(dòng)而使反射光的強弱隨著(zhù)話(huà)音的強弱作相應的變化，從而使話(huà)音信息“承載”在光波上（這個(gè)過(guò)程叫調制）。在接收端，裝有一個(gè)拋物面接收鏡，它把經(jīng)過(guò)大氣傳送過(guò)來(lái)的載有話(huà)音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉換成電流（這個(gè)過(guò)程叫解調）。電流送到聽(tīng)筒，就可以聽(tīng)到從發(fā)送端送過(guò)來(lái)的聲音了。
利用光在大氣中傳送信息方便簡(jiǎn)單，所以人們開(kāi)始研究的光通信都是這種方式。但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，就會(huì )看不遠和看不清，這叫做大氣的能見(jiàn)度降低，使信號傳輸受到很大阻礙。此外，太陽(yáng)光、燈光等普通的可見(jiàn)光源，都不適合作為通信的光源，因為從通信技術(shù)上看，這些光都是帶有“噪聲”的光。也就是說(shuō)，這些光的頻率不穩定、不單一，光的性質(zhì)也很復雜；一句話(huà)，就是光不純。因此，真要用光來(lái)通信，必須要解決兩個(gè)最根本的問(wèn)題：一是必須有穩定的、低損耗的傳輸媒質(zhì)（可不能再用空氣了喲?。?；另一個(gè)問(wèn)題是必須要找到高強度的、可靠的光源。在此后的幾十年中，由于這兩項關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有得到解決，光通信就一直裹足不前。也正因此，貝爾的光話(huà)始終沒(méi)有走上實(shí)用化的階段。所以我們也沒(méi)有用上貝爾的光電話(huà)，而只是用了他發(fā)明的電話(huà)；但不管怎樣，貝爾真的是一位偉大的發(fā)明家，我們應該記住他的名字。
走彎路
1870年，英國物理學(xué)家廷德?tīng)栐趯?shí)驗中觀(guān)察到，把光照射到盛水的容器內，從出水口向外倒水時(shí)，光線(xiàn)也沿著(zhù)水流傳播，出現彎曲現象，這好象不符合光只能直線(xiàn)傳播的定律。實(shí)際上，這時(shí)光仍是沿直線(xiàn)傳播，只不過(guò)在水流中出現了光反射現象，因而光是以折線(xiàn)方式前進(jìn)的。光也可以“走彎路”。
廷德?tīng)栍^(guān)察到的現象，直至1955年才得到實(shí)際應用。當時(shí)在英國倫敦英國學(xué)院工作的卡帕尼博士，發(fā)明了用極細的玻璃制做的光導纖維。每根細如絲的光導纖維是用兩種對光的折射率不同的玻璃制成，一種玻璃形成中央中心束線(xiàn)，另一種包在中心束線(xiàn)外面形成包層。由于兩種玻璃在光學(xué)性質(zhì)上的差別，光線(xiàn)經(jīng)一定角度從光導纖維的一端射入后，不會(huì )從纖維壁逸出，而是沿兩層玻璃的界面連續反射前進(jìn)，從另一端射出。最初，這種光導纖維只是應用在醫學(xué)上，用光纖束組成內窺鏡，可以觀(guān)察人體腸胃內的疾病，協(xié)助醫生及時(shí)作出確切的判斷。
發(fā)展
國內情況
在70年代國外的低損耗光纖獲得突破以后，中國從1974年開(kāi)始了低損耗光纖和光通信的研究工作，并于70年代中期研制出低損耗光纖和室溫下可連續發(fā)光的半導體激光器。1979年分別在北京和上海建成了市話(huà)光纜通信試驗系統，這比世界上第一次現場(chǎng)試驗只晚兩年多。這些成果成為中國光通信研究的良好開(kāi)端，并使中國成為當時(shí)少有的幾個(gè)擁有光纜通信系統試驗段的幾個(gè)國家之一。到80年代末，中國的光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)已達到國際先進(jìn)水平。
從1991年起，中國已不再建長(cháng)途電纜通信系統，而大力發(fā)展光纖通信。在“八五”期間，建成了含22條光纜干線(xiàn)、總長(cháng)達33000公里的“八橫八縱”大容量光纖通信干線(xiàn)傳輸網(wǎng)。1999年1月，中國第一條最高傳輸速率的國家一級干線(xiàn)（濟南——青島）8×2.5Gb/s密集波分復用（DWDM）系統建成，使一對光纖的通信容量又擴大了8倍。
我國十分重視光通信器件的研發(fā)，通過(guò)國家技術(shù)發(fā)展計劃安排專(zhuān)題，組織技術(shù)攻關(guān)，跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)等措施的實(shí)施，極大地推動(dòng)了光通信器件的研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。隨著(zhù)光器件產(chǎn)業(yè)逐漸向中國轉移，光通信行業(yè)基礎設施建設進(jìn)一步加快，中國已成為全球光電元器件的重要生產(chǎn)銷(xiāo)售基地。
光通信器件是構建光通信系統與網(wǎng)絡(luò )的基礎，高速光傳輸設備、長(cháng)距離光傳輸設備和智能光網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展、升級以及推廣應用，都取決于光通信器件技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品更新?lián)Q代的支持。因此，通信技術(shù)的更新與升級將促使光通信器件不斷發(fā)展進(jìn)步。
2010年中國生產(chǎn)制造的器件已占全球25%以上市場(chǎng)份額；我國光器件市場(chǎng)規模在全球市場(chǎng)中的份額也已從2008年的17%增加到2010年的26%左右，市場(chǎng)規模達到93億人民幣，同比增長(cháng)率更是高達30%。
光電子器件行業(yè)廠(chǎng)商數量相對較多，全球生產(chǎn)光電子器件的廠(chǎng)商250余家，行業(yè)整體來(lái)看還屬于一個(gè)完全競爭的市場(chǎng)。隨著(zhù)中小企業(yè)的退出和行業(yè)收購兼并的進(jìn)行，行業(yè)的市場(chǎng)集中度呈上升趨勢，行業(yè)的競爭激烈程度趨緩。而國內企業(yè)不僅要直面國內本土企業(yè)的競爭，還要承受來(lái)自國外企業(yè)的競爭壓力，整體競爭較為激烈。
現狀
隨著(zhù)寬帶中國戰略進(jìn)程的推進(jìn)，國內三大電信運營(yíng)商加快光網(wǎng)城市建設的步伐，我國光通信產(chǎn)業(yè)呈現出高速增長(cháng)態(tài)勢。
我國在光纖光纜方面，得益于三網(wǎng)融合和寬帶政策對光纖的大量需求，2012年市場(chǎng)對光纖的需求迅速增加，使得光纖業(yè)基本面出現好轉。行業(yè)總體供需呈弱勢均衡、總體偏緊的態(tài)勢，從而為光纖價(jià)格提供了較強支撐，為行業(yè)盈利改善提供了基本保障。同時(shí)，行業(yè)內主要廠(chǎng)商均在2012年實(shí)現較大規模光纖預制棒自產(chǎn)產(chǎn)能，使得此部分光纖企業(yè)盈利能力得到較大改善。
在光網(wǎng)絡(luò )系統設備方面，三網(wǎng)融合形勢下的FTTH、NGB與雙向改造等熱潮，將在未來(lái)長(cháng)時(shí)間內釋放大量光通信設備需求。三網(wǎng)融合將刺激廣電及電信運營(yíng)商對光纖網(wǎng)絡(luò )建設的投入，國內PON設備、ODN市場(chǎng)需求增大，PTN、OTN網(wǎng)絡(luò )升級也會(huì )帶動(dòng)相應設備需求的上升。
在光器件光模塊方面，隨著(zhù)市場(chǎng)的持續升溫，光器件產(chǎn)業(yè)投資不斷擴大，國內涌現出一大批光器件企業(yè)。國家對光通信產(chǎn)業(yè)加大扶持，企業(yè)投入研發(fā)比重上升，這無(wú)疑是有利于產(chǎn)業(yè)長(cháng)期發(fā)展的。在三網(wǎng)融合的大前提下，光器件投資成本占比不斷上升，業(yè)內分析預計，未來(lái)隨著(zhù)光電子器件集成化和智能化的進(jìn)一步提高，光電子器件占光傳輸設備成本的比例將達到30%以上。
光通信設備被列入戰略性新興產(chǎn)業(yè)指導目錄
為貫徹落實(shí)《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，更好地指導各部門(mén)、各地區開(kāi)展培育發(fā)展戰略性新興產(chǎn)業(yè)工作，發(fā)展改革委會(huì )同相關(guān)部門(mén)組織編制了《戰略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導目錄》。目錄涉及戰略新興產(chǎn)業(yè)7個(gè)行業(yè)、24個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向下的125個(gè)子方向，共3100余項細分的產(chǎn)品和服務(wù)。細分的產(chǎn)品和服務(wù)中包括950項新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，其中包含了下一代信息網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)中的光通信設備。
激光器
1960年7月8日，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明了世界上首臺激光器——紅寶石激光器，從此人們便可獲得性質(zhì)和電磁波相似而頻率穩定的光源。研究現代化光通信的時(shí)代也從此開(kāi)始。激光器的英文簡(jiǎn)稱(chēng)叫LASER，意思是“受激發(fā)射的光放大”。這種激光器產(chǎn)生的光與普通的燈光不一樣，它是受物質(zhì)原子結構本質(zhì)決定的光，頻率穩定，約為100太赫。這種光的頻率比已經(jīng)廣泛應用的微波（頻率約為10兆赫）的頻率高1萬(wàn)倍。因此，用這種光來(lái)傳送信息從理論上來(lái)說(shuō)，通信的容量可以比微波通信的容量也大1萬(wàn)倍！因此，激光器的發(fā)明對光通信的研究工作產(chǎn)生了重大的影響。但是最初發(fā)明的激光器在室溫下不能連續工作，因此，還不可能在通信中獲得實(shí)際應用。
光纖
人類(lèi)從未放棄過(guò)對理想光傳輸介質(zhì)的尋找，經(jīng)過(guò)不懈的努力，人們發(fā)現了透明度很高的石英玻璃絲可以傳光。這種玻璃絲叫做光學(xué)纖維，簡(jiǎn)稱(chēng)“光纖”。人們用它制造了在醫療上用的內窺鏡，例如做成胃鏡，可以觀(guān)察到距離一米左右的體內情況。但是它的衰減損耗很大，只能傳送很短的距離。光的損耗程度是用每千米的分貝為單位來(lái)衡量的。直到20世紀60年代，最好的玻璃纖維的衰減損耗仍在每公里1000分貝以上。每公里1000分貝的損耗是什么概念呢？每公里10分貝損耗就是輸入的信號傳送1公里后只剩下了十分之一，20分貝就表示只剩下百分之一，30分貝是指只剩千分之一……1000分貝的含意就是只剩下億百分之一，是無(wú)論如何也不可能用于通信的。因此，當時(shí)有很多科學(xué)家和發(fā)明家認為用玻璃纖維通信希望渺茫，失去了信心，放棄了光纖通信的研究。
激光器和光纖的發(fā)明，使人們看到了光通信的曙光。而要實(shí)現光纖通信，還需要在激光器和光纖的性能上有重大的突破。但是在這兩方面的突破遇到了許多困難，尤其是光纖的損耗要達到可用于通信的要求，從每千米損耗1000分貝降低到20分貝似乎不太可能，以致很多科學(xué)家對實(shí)現光纖通信失去了信心。就在這種情況下，出生于上海的英藉華人高錕（K.C.Kao）博士，通過(guò)在英國標準電信實(shí)驗室所作的大量研究的基礎上，對光波通信作出了一個(gè)大膽的設想。他認為，既然電可以沿著(zhù)金屬導線(xiàn)傳輸，光也應該可以沿著(zhù)導光的玻璃纖維傳輸。1966年7月，高錕就光纖傳輸的前景發(fā)表了具有重大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預言，只要能設法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝/公里，從而有可能用于通信。這篇論文使許多國家的科學(xué)家受到鼓舞，加強了為實(shí)現低損耗光纖而努力的信心。
世界上第一根低損耗的石英光纖――1970年，美國康寧玻璃公司的三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克成功地制成了傳輸損耗每千米只有20分貝的光纖。這是什么概念呢？用它和玻璃的透明程度比較，光透過(guò)玻璃功率損耗一半（相當于3分貝）的長(cháng)度分別是：普通玻璃為幾厘米、高級光學(xué)玻璃最多也只有幾米，而通過(guò)每千米損耗為20分貝的光纖的長(cháng)度可達150米。這就是說(shuō)，光纖的透明程度已經(jīng)比玻璃高出了幾百倍！在當時(shí)，制成損耗如此之低的光纖可以說(shuō)是驚人之舉，這標志著(zhù)光纖用于通信有了現實(shí)的可能性。
光纖之路――舍我其誰(shuí)
1970年激光器和低損耗光纖這兩項關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，使光纖通信開(kāi)始從理想變成可能，這立即引起了各國電信科技人員的重視，他們競相進(jìn)行研究和實(shí)驗。1974年美國貝爾研究所發(fā)明了低損耗光纖制作法――CVD法（汽相沉積法），使光纖損耗降低到1分貝/公里；1977年，貝爾研究所和日本電報電話(huà)公司幾乎同時(shí)研制成功壽命達100萬(wàn)小時(shí)（實(shí)用中10年左右）的半導體激光器，從而有了真正實(shí)用的激光器。1977年，世界上第一條光纖通信系統在美國芝加哥市投入商用，速率為45Mb/s。
進(jìn)入實(shí)用階段以后，光纖通信的應用發(fā)展極為迅速，應用的光纖通信系統已經(jīng)多次更新?lián)Q代。70年代的光纖通信系統主要是用多模光纖，應用光纖的短波長(cháng)(850納米）波段，（1納米=1000兆分之一米，即米）。80年代以后逐漸改用長(cháng)波長(cháng)（1310納米），光纖逐漸采用單模光纖，到90年代初，通信容量擴大了50倍，達到2.5Gb/s。進(jìn)入90年代以后，傳輸波長(cháng)又從1310納米轉向更長(cháng)的1550納米波長(cháng)，并且開(kāi)始使用光纖放大器、波分復用（WDM）技術(shù)等新技術(shù)。通信容量和中繼距離繼續成倍增長(cháng)。廣泛地應用于市內電話(huà)中繼和長(cháng)途通信干線(xiàn)，成為通信線(xiàn)路的骨干。
地位
幾種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展速度示意圖
系統
光纖定律
摩爾定律
早在1964年，英特爾公司創(chuàng )始人戈登·摩爾(Gordon Moore）在一篇很短的論文里斷言：每18個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。這就是著(zhù)名的摩爾定律。由此，微處理器的速度會(huì )每18個(gè)月翻一番。這就意味著(zhù)每5年它的速度會(huì )快10倍，每10年會(huì )快100倍。同等價(jià)位的微處理器會(huì )越變越快，同等速度的微處理器會(huì )越變越便宜?？梢韵胍?jiàn)，在未來(lái)，世界各地的人不但都可以通過(guò)自己的計算機上網(wǎng)，而且還可以通過(guò)他們的電視、電話(huà)、電子書(shū)和電子錢(qián)包上網(wǎng)。作為迄今為止半導體發(fā)展史上意義最深遠的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發(fā)展歷史準確無(wú)誤地驗證著(zhù)。
吉爾德定律
喬治·吉爾德曾預測，在未來(lái)25年，主干網(wǎng)的帶寬將每6個(gè)月增加一倍。其增長(cháng)速度超過(guò)摩爾定律預測的CPU增長(cháng)速度的3倍。幾乎所有知名的電訊公司都在樂(lè )此不疲地鋪設纜線(xiàn)。當帶寬變得足夠充裕時(shí)，上網(wǎng)的代價(jià)也會(huì )下降。在美國，已經(jīng)有很多的ISP向用戶(hù)提供免費上網(wǎng)的服務(wù)。
麥特卡爾夫定律
以太網(wǎng)的發(fā)明人鮑勃·麥特卡爾夫告訴我們：網(wǎng)絡(luò )價(jià)值同網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)數量的平方成正比。如果將機器聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，在網(wǎng)絡(luò )上，每一個(gè)人可以看到所有其他人的內容，100人每人能看到100人的內容，所以效率是10000。10000人的效率就是100000000。
幾種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展速度示意圖
聯(lián)合國“1999世界電信論壇會(huì )議”副主席約翰·羅斯(John Roth）在10日論壇開(kāi)幕演說(shuō)時(shí)提出“新摩爾定律”――光纖定律，互聯(lián)網(wǎng)帶寬每9個(gè)月會(huì )增加一倍的容量，但成本降低一半，比晶片變革速度的每18個(gè)月還快。
摩爾定律（Moore's Law）用來(lái)形容半導體科技的快速變革，平均每18個(gè)月，晶片的容量會(huì )成長(cháng)一倍，成本卻減少一半；“光纖定律”（OpticalLaw）則用來(lái)形容網(wǎng)絡(luò )科技。左面是幾種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展速度示意圖。
事跡
――1880年，美國電話(huà)發(fā)明家貝爾就已經(jīng)研究并成功地發(fā)送與接收了光電話(huà)。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線(xiàn)進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復制》的論文，報導了他的光電話(huà)裝置。
――1930年至1932年間，日本在東京的日本電報公司與每日新聞社之間實(shí)現了3.6公里的光通信，但在大霧大雨天氣里效果很差。第二次世界大戰期間，光電話(huà)發(fā)展成為紅外線(xiàn)電話(huà)，因為紅外線(xiàn)肉眼看不見(jiàn)，更有利于保密。
――1854年，英國的廷德?tīng)栐谟始覍W(xué)會(huì )的一次演講中指出，光線(xiàn)能夠沿盛水的彎曲管道進(jìn)行反射而傳輸，并用實(shí)驗證實(shí)了這個(gè)想法。
――1951年，荷蘭和英國開(kāi)始進(jìn)行柔軟纖維鏡的研制。
――1960年7月世界上第一臺紅寶石激光器出現了。1961年9月由中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械研究所研制成功中國第一臺紅寶石激光器。
――20世紀60年代，有的實(shí)驗室用氦——氖氣體激光器做了傳送電視信號和20路電話(huà)的實(shí)驗。也有的公司制成了語(yǔ)言信道試驗性通信系統，最大傳輸距離為600米。到80年代初激光通信已進(jìn)入應用發(fā)展階段。
――1968年，日本兩家公司聯(lián)合宣布研制成了一種新型無(wú)套層光纖，它能聚集和成像，稱(chēng)作聚焦纖維。同期，美國宣布制成液體纖維，它是利用石英毛細管充以高透明液構成的。這兩種光纖的光耗損很難降低，所以實(shí)用價(jià)值不大。
――1970年美國康寧公司用高純石英生產(chǎn)出世界上第一根耗損率為每公里20分貝的套層光纖，開(kāi)創(chuàng )了光纖通信的新篇章，使通信光纖研究躍進(jìn)了一大步。一根光纖可以傳輸150萬(wàn)路電話(huà)和2萬(wàn)套電視。
――1976年日本在大孤附近的奈良縣開(kāi)始籌建世界上第一個(gè)完全用光纜實(shí)現光通信的實(shí)驗區，到1978年7月已擁有300個(gè)用戶(hù)。（實(shí)際上光通信系統使用的不是單根光導纖維，而是由許多光纖維聚集在一起組成的光纜。一根直徑為1厘米的光纜，里面有近百根光導纖維。光纜和電纜一樣可以架在空中，埋入地下，也可以鋪設在海底，它的出現使激光通信進(jìn)入實(shí)際應用階段。）
啟示
人類(lèi)的想象力和創(chuàng )造力是無(wú)窮的，當人們經(jīng)過(guò)艱苦的探索，掌握了光纖通信的奧秘，把地球用一束束的玻璃絲牢牢地裹起來(lái)以后，人們又把目標盯在了地球之外的宇宙空間，這就是宇宙激光通信。由于宇宙空間沒(méi)有大氣或塵埃，激光在那里傳輸時(shí)比在大氣中的衰減小得多，因而激光用于宇宙通信既優(yōu)越又經(jīng)濟，這受到各國的普遍重視，已經(jīng)有大量的科學(xué)家投身到了這個(gè)研究的領(lǐng)域。
當我們冷靜地回顧一下光通信的發(fā)展歷史時(shí)，不難發(fā)現，人們使用過(guò)的光通信的傳輸媒質(zhì)有大氣、水、液體纖維導管、玻璃纖維、光纜，甚至還在嘗試使用外層空間；用于光通信的波長(cháng)范圍從紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光到高頻射線(xiàn)。人類(lèi)孜孜不倦的嘗試和豐富的想象力啟發(fā)我們：我們總可以找到比以前更好的傳輸媒質(zhì)！我們也可以充分利用電磁波廣闊的頻譜！
應該認識到，人類(lèi)的發(fā)明和創(chuàng )造通常是建立在對前人認識成果的改造和創(chuàng )新的基礎之上的，盡管當前光通信傳輸領(lǐng)域占主導地位的是光纖，但是這并不意味著(zhù)其它方式被淘汰了，只要展開(kāi)自己想象的翅膀，我們依然能夠找到更好的傳輸媒質(zhì)，當然我們也可以考慮將以前嘗試過(guò)的傳輸媒質(zhì)進(jìn)行新的加工，從而獲得比光纖更優(yōu)越的傳輸性能。比如人類(lèi)正在探索的宇宙光通信，它的身上不也閃爍著(zhù)BELL光電話(huà)的靈感之光嗎？
全光網(wǎng)絡(luò )
傳輸網(wǎng)絡(luò )的最終目標是構建全光網(wǎng)絡(luò )，在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)完全實(shí)現“光纖傳輸代替銅線(xiàn)傳輸”。
骨干網(wǎng)是對速度、距離和容量要求最高的一部分網(wǎng)絡(luò )，將ASON技術(shù)應用于骨干網(wǎng)，是實(shí)現光網(wǎng)絡(luò )智能化的重要一步，其基本思想是在過(guò)去的光傳輸網(wǎng)絡(luò )上引入智能控制平面，從而實(shí)現對資源的按需分配。DWDM也將在骨干網(wǎng)中一顯身手，未來(lái)有可能完全取代SDH，從而實(shí)現IPOVERDWDM。
城域網(wǎng)將會(huì )成為運營(yíng)商提供帶寬和業(yè)務(wù)和瓶頸，同時(shí)，城域網(wǎng)也將成為最大的市場(chǎng)機遇?；赟DH的MSTP技術(shù)成熟、兼容性好，特別是采用了RPR、GFP、LCAS和MPLS等新標準之后，已經(jīng)可以靈活有效地支持各種數據業(yè)務(wù)。
技術(shù)
基于上述全光網(wǎng)絡(luò )構架有很多核心技術(shù)，它們將引導光通信的未來(lái)發(fā)展。下面著(zhù)重介紹ASON、FTTH、DWM、RPR這四項最重要的技術(shù)。
ASON
無(wú)論從國內研發(fā)進(jìn)展、試商用情況，還是從國外的發(fā)展經(jīng)驗來(lái)看，國內運營(yíng)商在傳送網(wǎng)中大規模引入ASON技術(shù)將是必然的趨勢。ASON(AutomaticallySwitchedOpticalNetwork，智能光網(wǎng)絡(luò )）是一種光傳送網(wǎng)技術(shù)。產(chǎn)品和市場(chǎng)狀況表明，ASON技術(shù)已經(jīng)達到可商用的成熟程度，隨著(zhù)3G、NGN的大規模部署，業(yè)務(wù)需求將進(jìn)一步帶動(dòng)傳送網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，預計2007年ASON將得到更加廣泛的商用。
2006年各大主要設備提供商華為、中興、烽火、Lucent等已經(jīng)推出了其可商用的ASON產(chǎn)品。中國電信、中國網(wǎng)通、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通和中國鐵通陸續開(kāi)展了ASON的應用測試和小規模商用。
ASON在國外成功商用的經(jīng)驗表明，ASON將在骨干傳送網(wǎng)發(fā)揮不可替代的作用。例如，AT&T的140個(gè)節點(diǎn)覆蓋美國的骨干傳送網(wǎng)；BT組建21CN網(wǎng)，已建40個(gè)ASON節點(diǎn)；Vodafone的131個(gè)節點(diǎn)覆蓋英國的ASON骨干傳送網(wǎng)，等等。
然而，ASON在路由、自動(dòng)發(fā)現、ENNI接口等幾方面的標準化工作還不完善，這成為制約ASON技術(shù)發(fā)展和商用的重要因素。未來(lái)中國將參與更多的ASON標準化工作，同時(shí)，ASON的標準化，尤其是其中ENNI的標準化，將取得突破性進(jìn)展。
FTTH
FTTH(Fiber To The Home，光纖到戶(hù)）是下一代寬帶接入的最終目標。實(shí)現FTTH的技術(shù)中，EPON(Ethernet Passive Optical Networks)將成為未來(lái)中國的主流技術(shù)，而GPON（Gigabit-capable passive optical networks）最具發(fā)展潛力。
EPON采用Ethernet封裝方式，所以非常適于承載IP業(yè)務(wù)，符合IP網(wǎng)絡(luò )迅猛發(fā)展的趨勢。國家已經(jīng)將EPON作為“863”計劃重大項目，并在商業(yè)化運作中取得了主動(dòng)權。
GPON比EPON更注重對多業(yè)務(wù)的支持能力，因此更適合未來(lái)融合網(wǎng)絡(luò )和融合業(yè)務(wù)的發(fā)展。但是它還不夠成熟并且價(jià)格偏高，還無(wú)法在中國大規模推廣。
中國的FTTH還處于市場(chǎng)啟動(dòng)階段，離大規模的商業(yè)部署還有一段距離。在未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中，運營(yíng)商對本地網(wǎng)“最后一公里”的壟斷是制約FTTH發(fā)展的重要因素，采取“用戶(hù)駐地網(wǎng)運營(yíng)商與房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商合作實(shí)施”的形式，更有利于FTTH產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。從日本、美國、歐洲和韓國等國家的FTTH發(fā)展經(jīng)驗來(lái)看，FTTH的核心推動(dòng)力在于網(wǎng)絡(luò )所提供的豐富內容，而政府對應用和內容的監控和管理政策也會(huì )制約FTTH的發(fā)展。
WDM
WDM突破了傳統SDH網(wǎng)絡(luò )容量的極限，將成為未來(lái)光網(wǎng)絡(luò )的核心傳輸技術(shù)。
按照通道間隔的不同，WDM(WavelengthDivisionMultiplexing，波分復用）可以分為DWDM（密集波分復用）和CWDM(稀疏波分復用）這兩種技術(shù)。DWDM是當今光纖傳輸領(lǐng)域的首選技術(shù)，但CWDM也有其用武之地。
2006年，烽火、華為等設備廠(chǎng)商都推出了自己的DWDM系統，國內運營(yíng)商也開(kāi)展了相關(guān)的測試和小規模商用。未來(lái)DWDM將在對傳輸速率要求苛刻的網(wǎng)絡(luò )中發(fā)揮不可替代的作用，如利用DWDM來(lái)建設骨干網(wǎng)等。
相對于DWDM，CWDM具有成本低、功耗低、尺寸小、對光纖要求低等優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)幾年，電信運營(yíng)商將會(huì )嚴格控制網(wǎng)絡(luò )建設成本，這時(shí)CWDM技術(shù)就有了自己的生存空間，它適合快速、低成本多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )建設，如應用于城域和本地接入網(wǎng)、中小城市的城域核心網(wǎng)等。
RPR
彈性分組環(huán)（ResilientPacketRing，RPR）將成為未來(lái)重要的光城域網(wǎng)技術(shù)。許多國內外傳輸設備廠(chǎng)商都開(kāi)發(fā)了內嵌RPR功能的MSTP設備，RPR技術(shù)得到了大量芯片制造商、設備制造商和運營(yíng)商的支持和參與。
在標準化方面，IEEE802.17的RPR標準已經(jīng)被整個(gè)業(yè)界認可，而國內的相關(guān)標準化工作還在進(jìn)行中。未來(lái)RPR將主要應用于城域網(wǎng)骨干和接入方面，同時(shí)也可以在分散的政務(wù)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)中應用，還可應用于IDC和ISP之中。
優(yōu)點(diǎn)
光纖通信之所以受到人們的極大重視，這是因為和其它通信手段相比，具有無(wú)以倫比的優(yōu)越性。
1.通信容量大
從理論上講，一根僅有頭發(fā)絲粗細的光纖可以同時(shí)傳輸1000億個(gè)話(huà)路。雖然未達到如此高的傳輸容量，但用一根光纖同時(shí)傳輸24萬(wàn)個(gè)話(huà)路的試驗已經(jīng)取得成功，它比傳統的明線(xiàn)、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，如果再加上波分復用技術(shù)把一根光纖當作幾根、幾十根光纖使用，其通信容量之大就更加驚人了。
2.中繼距離長(cháng)
由于光纖具有極低的衰耗系數（商用化石英光纖已達0.19dB/km以下），若配以適當的光發(fā)送與光接收設備，可使其中繼距離達數百公里以上。這是傳統的電纜（1.5km）、微波（50km）等根本無(wú)法與之相比擬的。因此光纖通信特別適用于長(cháng)途一、二級干線(xiàn)通信。據報導，用一根光纖同時(shí)傳輸24萬(wàn)個(gè)話(huà)路、100公里無(wú)中繼的試驗已經(jīng)取得成功。此外，已在進(jìn)行的光孤子通信試驗，已達到傳輸120萬(wàn)個(gè)話(huà)路、6000公里無(wú)中繼的水平。因此，在不久的將來(lái)實(shí)現全球無(wú)中繼的光纖通信是完全可能的。
3.保密性能好
光波在光纖中傳輸時(shí)只在其芯區進(jìn)行，基本上沒(méi)有光“泄露”出去，因此其保密性能較好。
4.適應能力強
5.體積小，重量輕
便于施工維護便于施工維護便于施工維護便于施工維護。光纜的敷設方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設，又可以水底和架空。
6.原材料來(lái)源豐富潛在價(jià)格低廉
缺點(diǎn)
我們知道，任何一件事物都不會(huì )是十全十美的。
1.質(zhì)地脆，機械強度差。
2.光纖的切斷和接續需要一定的工具、設備和技術(shù)。
3.分路、耦合不靈活。
4.光纖光纜的彎曲半徑不能過(guò)?。?20cm）。
5.有供電困難問(wèn)題。
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作者
