光通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。增加光路带宽的方法有两种：一是提高光纤的单信道传输速率；二是增加单光纤中传输的波长数，即波分复用技术（WDM）事实上，光通信设备只适合在最后几公里的距离用。 目前宽带城域网（BMAN）正成为信息化建设的热点，DWDM（密集波分复用）的巨大带宽和传输数据的透明性，无疑是当今光纤应用领域的首选技术。然而，MAN等具有传输距离短、拓扑灵活和接入类型多等特点，如照搬主要用于长途传输的DWDM，必然成本过高；同时早期DWDM对MAN等灵活多样性也难以适应。面对这种低成本城域范围的宽带需求，CWDM（粗波分复用）技术应运而生，并很快成为一种实用性的设备。
对光通信来说，其技术基本成熟，而业务需求相对不足。以被誉为“宽带接入最终目标”的FTTH为例，其实现技术EPON已经完全成熟，但由于普通用户上网需要的带宽不高，使FTTH的商用只限于一些试点地区。但是，在2006年，随着IPTV等三重播放业务开展，运营商提供的带宽已经不能满足用户对高清晰电视的要求，随之FTTH的部署也提上了日程。无独有偶，ASON对传输网络控制灵活，可为企业客户提供个性化服务，不少运营商为发展和维系企业客户，不惜重金投资建设ASON。 全光网络是未来传输网络的最终目标，是构建全光网络，即在接入网、城域网、骨干网完全实现“光纤传输代替铜线传输”。而目前的一切研发进展，都是“逼近”这个目标的过程。 每当大家提到烽火台，就会自然而然地想到长城，实际上烽火台筑在长城沿线的险要处和交通要道上。一旦发现敌情，便立即发出警报：白天点燃掺有狼粪的柴草，使浓烟直上云霄；夜里则燃烧加有硫磺和硝石的干柴，使火光通明，以传递紧急军情。减少了因为交通，通信不便引起的重大损失。 17世纪中叶，人们发明了望远镜，它使得人们可以看得更远了。到1791年，法国人发明了灯信号，此后“灯语”通信在欧洲风靡一时。直到今天，信号灯、旗语、望远镜等目视光通信的手段仍在使用，但是这一切还是最原始的光通信，不能算作是真正的光通信。不过，这些原始的光通信由于方便、可靠至今仍在使用，所以还是有必要了解的，现在让大家认识一下望远镜吧。 望远镜的作用首先是能够放大远方物体的张角，人眼的分辨角大约是1分，而望远镜能使人眼能看清角距更小的细节，其次，望远镜能将光线集中起来，使人眼看到本看不到的暗弱物体发出的光线。望远镜由物镜和目镜两组镜头及其他配件组成。为了减小望远镜的像差，物镜和目镜通常由多个元件组成。望远镜所能收集的最大的光束直径，称为口径。所能观测到的范围称为视场，通常以角度来表示。视场大小和目镜的结构有关，对于同样的目镜视场直径与放大倍数成反比：放大率越高，视场越小。 中国目前最大的光学望远镜是2.16米。茫茫宇宙，繁星似沙，但今后10年，人类为天体光谱作的“户口登记”数，将超过以往数百年。因为，人类有了新的“千里眼”——大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，该望远镜将于2004年建成，安顿在北京兴隆县燕山山脉中兴隆观测站，届时，将提升我国天文学研究的国际地位，使我国恒星和星系的光谱观测达到国际领先水平。 大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）是国际上视场和口径最大的天文望远镜，长50米、高30米，视场为５度，口径达４米，一次观测可达20平方度（整个宇宙空间约有４万平方度）。通过大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，在21世纪前10年，人类就可测出天体光谱100万个。 目前世界上最大的望远镜是位于夏威夷的凯克望远镜，直径10米,由36面1.8米的六角型镜面拼合而成，耗资一亿三千万美金，主要是由美国的一个企业家凯克捐助修建的，第一面凯克望远镜建造成功后，凯克基金会又投资修建了凯克二号望远镜，两座望远镜挨在一起，威力无比；另外的大型望远镜有美国国立天文台位于南北两半球的两个八米望远镜，一座位于夏威夷，一座位于智利，合称双子座望远镜；日本人在夏威夷建造了一座八米的称为昴星团望远镜；下世纪欧洲南方天文台将建成四座八米望远镜，组合口径相当于15米。 目前世界上最大的射电望远镜是波多黎各的阿雷西沃无线探测仪，它是大家安顿在宇宙间的最大的无线电耳朵。该望远镜上的巨大的反向镜的直径为305米。阿雷西沃探测仪目前被用来搜寻空中的由外星智能生命发射来的信号，如果你看过影片《黄金眼》（英美合拍，1995）及《接触》（美国，1997），就一定不会对它陌生。 虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用，例如红黄绿交通信号灯，旗语，电灯发明之后，又有了利用百叶窗和灯光的灯语。现在让大家认识一下旗语。 旗语产生于西方的大航海时代，舰船之间通过旗语来进行联络；直到现在，各种信号旗仍然在船舶上悬挂。旗语适用于白天、距离较近且视距良好的情况下。夜间距离较近时，一般使用灯光通信。手旗是一种方形旗，面积较小，根部套有一根木棍。手旗通信需要使用两面旗子，信号兵每手各持一面旗子，站在舷边较高较突出的部位，通过旗子相对于身体的不同位置，表达着不同的字母和符号。例如，左手垂直举起，右手平行伸出表示“P”。右手垂直举起、左手平行伸出表示“J”。两手平行伸出表示“R”。两手垂直举起表示隔音。几个拼音字母组成一个字，若干个字组成一个意思。手旗还可以为本舰（船）放下的小艇指示方向。旗语通过光通信的应用使得在海上船与船之间的交流变得极为方便。 不论是烽火台、望远镜，还是交通红绿灯、旗语，它们都是光通信的不同形式，但是它们有一个共同点，就是利用大气来传播可见光，由人眼来接收。也正因为如此，大家才会对它们如此地熟悉，可是这些却不是真正的意义上的光通信，更不是强大的光通信，真正强大的光通信应该是光纤通信。在这里，应该明确，光通信指的是一切运用光作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的媒质是什么；而光纤通信则是单纯地依靠光纤作为媒质来传送信息的通信方式。 尽管人类很早就认识到用光可以传递信息，比如3000多年前我国就有了用光传递远距离信息的设施——烽火台；但是，其后的很多年中，光通信几乎没有什么发展；后来又有了用灯光闪烁、旗语等传递信息的方法；但是
这些都是用可见光进行的视觉通信，是非常原始的光通信方式，不能称得上是完全意义上的光通信。 近100年中，人们仍然没有对光通信失去兴致，就连大发明家贝尔（BELL）也尝试着用光来打电话，这被认为是近代光通信的开始。20世纪60年代后，随着人们对通信的要求变得越来越强烈，光通信获得了突飞猛进的发展。大家今天所说的光通信已不再是用可见光进行的视觉通信，而是采用光波作为载波来传递信息的通信方式了。现代人类已经进入了信息社会，光通信的魅力也逐步地展现在人们的面前。 光通信的出现比无线电通信还早。波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年，以发明电话而著名的贝尔，在1876年发明了电话之后，就想到利用光来通电话的问题。1880年，他利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213米。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。在贝尔本人看来：在他的所有发明中，光电话是最伟大的发明。 贝尔用弧光灯或者太阳光作为光源，光束通过透镜聚焦在话筒的震动片上。当人对着话筒讲话时，震动片随着话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化，从而使话音信息“承载”在光波上（这个过程叫调制）。在接收端，装有一个抛物面接收镜，它把经过大气传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上，硅光电池将光能转换成电流（这个过程叫解调）。电流送到听筒，就可以听到从发送端送过来的声音了。 利用光在大气中传送信息方便简单，所以人们开始研究的光通信都是这种方式。但是光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，就会看不远和看不清，这叫做大气的能见度降低，使信号传输受到很大阻碍。此外，太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信的光源，因为从通信技术上看，这些光都是带有“噪声”的光。也就是说，这些光的频率不稳定、不单一，光的性质也很复杂；一句话，就是光不纯。因此，真要用光来通信，必须要解决两个最根本的问题：一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质(可不能再用空气了哟！)；另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。在此后的几十年中，由于这两项关键技术没有得到解决，光通信就一直裹足不前。也正因此，贝尔的光话始终没有走上实用化的阶段。所以大家今天也没有用上BELL的光电话，而只是用了他发明的电话；但不管怎样，BELL真的是一位伟大的发明家，大家应该记住他的名字。 1870年，英国物理学家廷德尔在实验中观察到，把光照射到盛水的容器内，从出水口向外倒水时，光线也沿着水流传播，出现弯曲现象，这好象不符合光只能直线传播的定律。实际上，这时光仍是沿直线传播，只不过在水流中出现了光反射现象，因而光是以折线方式前进的。光也可以“走弯路”。 廷德尔观察到的现象，直至1955年才得到实际应用。当时在英国伦敦英国学院工作的卡帕尼博士，发明了用极细的玻璃制做的光导纤维。每根细如丝的光导纤维是用两种对光的折射率不同的玻璃制成，一种玻璃形成中央中心束线，另一种包在中心束线外面形成包层。由于两种玻璃在光学性质上的差别，光线经一定角度从光导纤维的一端射入后，不会从纤维壁逸出，而是沿两层玻璃的界面连续反射前进，从另一端射出。最初，这种光导纤维只是应用在医学上，用光纤束组成内窥镜，可以观察人体肠胃内的疾病，协助医生及时作出确切的判断。 其实，现代的光纤通信也就是运用光反射原理，把光的全反射限制在光纤内部，用光信号取代传统通信方式中的电信号，从而实现信息的传递的。 1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了红宝石激光器，从此人们便可获得性质和电磁波相似而频率稳定的光源。研究现代化光通信的时代也从此开始。激光器的英文简称叫LASER，意思是“受激发射的光放大”。这种激光器产生的光与普通的灯光不一样，它是受物质原子结构本质决定的光，频率稳定，约为100太赫。这种光的频率比已经广泛应用的微波（频率约为10兆赫）的频率高1万倍。因此，用这种光来传送信息从理论上来说，通信的容量可以比微波通信的容量也大1万倍！因此，激光器的发明对光通信的研究工作产生了重大的影响。但是最初发明的激光器在室温下不能连续工作，因此，还不可能在通信中获得实际应用。 | 
发表于 2012-3-7 21:46:07