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世界光纖通信發(fā)展史
光纖的發(fā)明，引起了通信技術(shù)的一場(chǎng)革命，是構(gòu)成21世紀(jì)即將到來(lái)的信息社會(huì)的一大要素。
1966年出生在中國(guó)上海的英籍華人高錕，發(fā)表論文《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大容量通信。
于1970年損失為20db/km的光纖研制出來(lái)了。據(jù)說(shuō)康寧公司花費(fèi)3000萬(wàn)美元，得到30米光纖樣品，認(rèn)為非常值得。這一突破，引起整個(gè)通信界的震動(dòng)，世界發(fā)達(dá)國(guó)家開始投入巨大力量研究光纖通信。1976年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實(shí)用化的光纖通信線路，速率為45Mb/s，采用的是多模光纖，光源用的是發(fā)光管LED，波長(zhǎng)是0.85微米的紅外光。在上世紀(jì)70年代末，大容量的單模光纖和長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光器研制成功。光纖通信系統(tǒng)開始顯示出長(zhǎng)距離、大容量無(wú)比的優(yōu)越性。
按理論計(jì)算：就光纖通信常用波長(zhǎng)1.3微米和1.55微米波長(zhǎng)窗口的容量至少有25000GHz。自然會(huì)想到采用多波長(zhǎng)的波分復(fù)用技術(shù)WDM（WavelengthDivisionMultiplex）。1996年WDM技術(shù)取得突破，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了WDM技術(shù)，美國(guó)MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路。光纖通信系統(tǒng)的速率從單波長(zhǎng)的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發(fā)展到多波長(zhǎng)的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸。當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室光系統(tǒng)速率已達(dá)10Tb/s，幾乎是用之不盡的，所以它的前景輝煌。
中國(guó)光纖通信發(fā)展史
1973年，世界光纖通信尚未實(shí)用。郵電部武漢郵電科學(xué)研究院（當(dāng)時(shí)是武漢郵電學(xué)院）就開始研究光纖通信。由于武漢郵電科學(xué)研究院采用了石英光纖、半導(dǎo)體激光器和編碼制式通信機(jī)正確的技術(shù)路線，使我國(guó)在發(fā)展光纖通信技術(shù)上少走了不少?gòu)澛�，從而使我�?guó)光纖通信在高新技術(shù)中與發(fā)達(dá)國(guó)家有較小的差距。
我國(guó)研究開發(fā)光纖通信正處于十年動(dòng)亂時(shí)期，處于封閉狀態(tài)。國(guó)外技術(shù)基本無(wú)法借鑒，純屬自己摸索，一切都要自己搞，包括光纖、光電子器件和光纖通信系統(tǒng)。就研制光纖來(lái)說(shuō)，原料提純、熔煉車床、拉絲機(jī)，還包括光纖的測(cè)試儀表和接續(xù)工具也全都要自己開發(fā)，困難極大。武漢郵電科學(xué)研究院，考慮到保證光纖通信最終能為經(jīng)濟(jì)建設(shè)所用，開展了全面研究，除研制光纖外，還開展光電子器件和光纖通信系統(tǒng)的研制，使我國(guó)至今具有了完整的光纖通信產(chǎn)業(yè)。
1978年改革開放后，光纖通信的研發(fā)工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研制出光纖通信試驗(yàn)系統(tǒng)。1982年郵電部重點(diǎn)科研工程“八二工程”在武漢開通。該工程被稱為實(shí)用化工程，要求一切是商用產(chǎn)品而不是試驗(yàn)品，要符合國(guó)際CCITT標(biāo)準(zhǔn)，要由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、工人施工，而不是科技人員施工。從此中國(guó)的光纖通信進(jìn)入實(shí)用階段。
在20世紀(jì)80年代中期，數(shù)字光纖通信的速率已達(dá)到144Mb/s，可傳送1980路電話，超過(guò)同軸電纜載波。于是，光纖通信作為主流被大量采用，在傳輸干線上全面取代電纜。經(jīng)過(guò)國(guó)家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”計(jì)劃，中國(guó)已建成“八縱八橫”干線網(wǎng)，連通全國(guó)各省區(qū)市�，F(xiàn)在，中國(guó)已敷設(shè)光纜總長(zhǎng)約250萬(wàn)公里。光纖通信已成為中國(guó)通信的主要手段。在國(guó)家科技部、計(jì)委、經(jīng)委的安排下，1999年中國(guó)生產(chǎn)的8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)首次在青島至大連開通，隨之沈陽(yáng)至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統(tǒng)開通。2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開通，是至今世界容量最大的實(shí)用線路。
中國(guó)已建立了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)。中國(guó)生產(chǎn)的光纖光纜、半導(dǎo)體光電子器件和光纖通信系統(tǒng)能供國(guó)內(nèi)建設(shè)，并有少量出口。
有人認(rèn)為，我國(guó)光纖通信主要干線已經(jīng)建成，光纖通信容量達(dá)到Tbps，幾乎用不完，再則2000年的IT泡沫，使光纖的價(jià)格低到每公里100元，幾乎無(wú)利可圖。因此不要發(fā)展光纖通信技術(shù)了。
實(shí)際上，特別是中國(guó)，省內(nèi)農(nóng)村有許多空白需要建設(shè)；3G移動(dòng)通信網(wǎng)的建設(shè)也需要光纖網(wǎng)來(lái)支持；隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容等，光纖通信仍有巨大的市場(chǎng)�，F(xiàn)在每年光纖通信設(shè)備和光纜的銷售量是上升的。
光纖通信今后如何發(fā)展
FTTH（光纖到家庭）是光纖通信進(jìn)一步發(fā)展的方向，它被公認(rèn)為理想的寬帶接入網(wǎng)。目前，所謂寬帶業(yè)務(wù)，大多是500kbps的影視節(jié)目。運(yùn)營(yíng)商為了充分利用銅線資源，采用ADSL技術(shù)就可提供，這使FTTH成為接入網(wǎng)主流的時(shí)間有所推遲。不久的將來(lái)，在HDTV普及的情況下，ADSL不能滿足要求，而先進(jìn)的ADSL2+也許可滿足1chHDTV/戶。如果4chHDTV/戶采用FTTH比較合理。在雙向業(yè)務(wù)廣泛應(yīng)用的情況下，上下行不對(duì)稱的ADSL難以對(duì)應(yīng)。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家FTTH建設(shè)普遍開展，日本、韓國(guó)和美國(guó)比較發(fā)達(dá)，采用各種無(wú)源光網(wǎng)PON和以太網(wǎng)技術(shù)。中國(guó)的運(yùn)營(yíng)商和房地產(chǎn)開發(fā)商已對(duì)FTTH進(jìn)行了試點(diǎn)。近來(lái)出現(xiàn)了所謂的網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV），電信運(yùn)營(yíng)商提出IPTV的初衷是考慮到有計(jì)算機(jī)的人少而有電視機(jī)的人多。提出的IPTV是采用專用的機(jī)頂盒連接電視機(jī)可直接瀏覽電信網(wǎng)的內(nèi)容，而不要計(jì)算機(jī)。IPTV具有常規(guī)電視并兼有點(diǎn)播和時(shí)移電視的功能，可能會(huì)取代常規(guī)電視。由于IPTV的發(fā)展，影響光纖接入網(wǎng)和FTTH的構(gòu)建。另外，也產(chǎn)生電信運(yùn)營(yíng)商和廣播運(yùn)營(yíng)商的利益沖突。盡管有限制發(fā)牌照政策以保護(hù)廣播運(yùn)營(yíng)商，但大勢(shì)所趨，不可阻擋。實(shí)際上，許多廣播運(yùn)營(yíng)商也開始改造其廣播網(wǎng)為數(shù)字雙向，也具備了發(fā)展IPTV的功能。廣播運(yùn)營(yíng)商和電信運(yùn)營(yíng)商的界限開始有些模糊。
IPTV在國(guó)外開始高速發(fā)展。在國(guó)內(nèi)，上海、河南等地也開始發(fā)展。
有人考慮到IPTV的發(fā)展，會(huì)使現(xiàn)有的城域網(wǎng)和接入網(wǎng)不勝負(fù)擔(dān)，所以提出所謂的P2P（peer-對(duì)等）方法。P2P最初的概念是：所有用戶都是信息接收者，又是信息發(fā)送者。即某用戶把收到的節(jié)目用流媒體方法向其他用戶轉(zhuǎn)發(fā)出去（通常是讓用戶下載一個(gè)軟件使其具備P2P功能）。這樣便可減免都由中心向用戶播發(fā)，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。事實(shí)上，沒(méi)有中心是不行的，網(wǎng)上至少要有1個(gè)中心服務(wù)器來(lái)管理。經(jīng)過(guò)少量試行，近來(lái)發(fā)現(xiàn)IPTV流量太大，而用戶的接入網(wǎng)根本無(wú)法滿足P2P的傳輸，特別是ADSL原來(lái)就沒(méi)有考慮到大量的上行，用戶接入網(wǎng)負(fù)荷過(guò)重而崩潰。有人認(rèn)為P2P是惡魔。
由于寬帶業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的容量不足。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，最根本和實(shí)際有效的辦法是對(duì)城域網(wǎng)和接入網(wǎng)擴(kuò)容。事實(shí)上，采用WDM技術(shù)擴(kuò)容，投資不很大，而可適應(yīng)今后寬帶業(yè)務(wù)的繼續(xù)發(fā)展。
無(wú)線接入技術(shù)發(fā)展迅猛。人需要移動(dòng)，采用無(wú)線接入比較方便。無(wú)線接入可滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，但帶寬有限，寬帶的視頻特別是HDTV仍需要采用光纖通信。
光纖通信需要發(fā)展光交換——采用電纜通信的網(wǎng)是金屬網(wǎng)，傳輸?shù)氖请娦盘?hào)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用電子交換機(jī)進(jìn)行交換�，F(xiàn)在，光纖通信的網(wǎng)是光纖網(wǎng)，傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)目前還沒(méi)有全光交換機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)上只好采用“光-電-光”方式進(jìn)行交換，即先把來(lái)自光纖網(wǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，用電子交換機(jī)進(jìn)行交換，之后，又把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，再進(jìn)入光纖網(wǎng)。這種方法是不經(jīng)濟(jì)的，需要開發(fā)可把光信號(hào)直接交換的光交換機(jī)。目前已經(jīng)有小規(guī)模的光交換，它是作光線路保護(hù)的。通常這種光交換的通路是固定而不是可改變的，對(duì)于線路的調(diào)度不利�，F(xiàn)正在開發(fā)具有自動(dòng)交換的光網(wǎng)絡(luò)稱為ASON。ASON的關(guān)鍵技術(shù)是可重組光分插復(fù)用器ROADM，使線路可方便地調(diào)度。ASON不但可作光線路的保護(hù)，還可滿足線路調(diào)度和今后發(fā)展出租電路的需要。目前，已經(jīng)有非全光的ASON產(chǎn)品。
現(xiàn)在的通信網(wǎng)正在從SDH網(wǎng)向IP網(wǎng)過(guò)渡，交換機(jī)也要IP化。發(fā)展光網(wǎng)絡(luò)還要考慮IP化，還要進(jìn)一步發(fā)展光路由器，其中需要解決光地址的取存和光緩存技術(shù)。
光電子器件和集成光器件需要大力發(fā)展，因?yàn)楣饫w通信技術(shù)的發(fā)展，依賴光器件的進(jìn)步。
由于網(wǎng)絡(luò)的速率不斷提高，目前單波長(zhǎng)電子速率為40Gbps的光通信系統(tǒng)已經(jīng)商用，速率為160Gbps的電子系統(tǒng)在試驗(yàn)室開發(fā)。因此，光電子器件要與之相適應(yīng)，包括高速調(diào)制激光器等需要開發(fā)。實(shí)現(xiàn)ROADM需要發(fā)展波長(zhǎng)可調(diào)的光濾波器、波長(zhǎng)可調(diào)激光器和光開關(guān)等，其中有許多可創(chuàng)新的空間。
把許多分立的光電子器件集成在一起成為集成的光電子器件，其優(yōu)點(diǎn)是功能豐富、體積小、速度高、可靠。目前已經(jīng)有小規(guī)模集成的光電子器件，需要開發(fā)更大規(guī)模的光電子集成器件。混合集成可降低難度，提高成品率。混合集成的關(guān)鍵技術(shù)是平面光波導(dǎo)線路PLC，它是一塊具有光波導(dǎo)的線路板，可把分立的光器件安裝在上面。目前商用的光電子集成器件有8波長(zhǎng)激光器模塊、100波長(zhǎng)以上的AWG光濾波器、AWG+光衰減器和32×32光開關(guān)等。光集成器件的工藝有單片集成和混合集成兩種。目前集成光電子器件處于初級(jí)階段，我國(guó)應(yīng)迎頭趕上，否則就會(huì)吃大虧。
光纖通信的優(yōu)勢(shì)是容量大和傳輸距離遠(yuǎn)。無(wú)線通信的優(yōu)勢(shì)是可移動(dòng)，但帶寬小�？梢韵胂�，近距離小容量的數(shù)據(jù)接入趨向采用無(wú)線接入，而大容量的視頻影視采用光纖傳輸。衛(wèi)星傳輸距離也很長(zhǎng)，唯容量和壽命有限。無(wú)線和光纖通信是互補(bǔ)的，它們是永存的兩個(gè)物理網(wǎng)。
