很多朋友对光纤通信的发展趋势有哪些，光纤通信的发展趋势还不了解，今天小绿就为大家解答一下。
光纤一直是推动整个通信网络发展的基本动力之一，是现代电信网络的基础。本文简要描述和展望了光纤通信的主要发展趋势，包括纳米技术与光纤通信、光交换、PON和光孤子通信。
关键词：光纤通信光交换PON光孤子通信
光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命。光纤通信技术发展所涉及的范围在影响和广度上都远远超过了自身，对整个电信网络和信息产业产生了深远的影响。其演进和发展结果将在很大程度上决定未来电信网络和信息产业的格局，也将对社会经济发展产生重大影响。
1.纳米技术与光纤通信
纳米是长度的单位，是10-9米。纳米技术是研究结构尺寸在1到100纳米之间的材料的性质和应用。基于微/纳米技术的微机电系统(MEMS)技术越来越受到重视。在无线终端领域，对小型化、高性能、低成本的追求使得人们普遍期望将各种功能单元集成在单个芯片上，即实现SOC(System On a Chip)。然而，大量的片外分离单元，如谐振器、滤波器、耦合器等。随着通信工程中大量射频技术的采用而存在。MEMS技术不仅可以克服这些障碍，而且与传统的通信元件相比，还表现出优越的内部性能。德国科学家首次实现了纳米尺度的光能转换，为设计微型器件找到了潜在的能源，对实现光交换具有重要意义。
可调谐光学元件的主要技术趋势之一是MEMS技术的应用。MEMS技术使发展局域结构光学器件成为可能。光网络中使用的MEMS动态元件包括可调激光器和滤波器、动态增益均衡器、可变光衰减器和光交叉连接器。此外，MEMS技术在光交换应用中已经进入现场测试阶段，基于MEMS的光开关已经能够传输实际的业务数据流，全光MEMS光开关也正在进入商用阶段。继朗讯科技公司的“Lamda-Router”光MEMS开关之后，美国加州网络公司的光交叉连接器件也采用了光MEMS开关。
2.光交换是实现高速全光网络的关键。
光交换指的是通过光纤传输的光信号的直接交换。长期以来，高速全光网络的实现一直受到交换问题的困扰。由于传统的交换技术需要将数据转换成电信号进行交换，再转换成光信号进行传输，这些光电转换器件体积太大，价格昂贵。光交换完全克服了这些问题。因此，光交换技术必然是未来通信网络交换技术的发展方向。
未来的通信网络将是全光网络平台，网络优化、路由、保护和自愈等功能在未来光通信领域将越来越重要。光交换技术可以保证网络的可靠性，并提供灵活的信号路由平台。光交换技术还可以克服纯电子交换带来的容量瓶颈，节省笨重的光电转换设备，从而大大节省网络建设和网络升级的成本。如果采用全光网络技术，网络运行成本将节省70%，设备成本将节省90%。因此，光交换技术代表了人们对光通信技术发展的希望。
目前，世界各国都在积极研发全光网络产品，其中关键产品是光转换技术产品。目前市场上的光开关多为光电式和光机式。随着光交换技术的发展和成熟，基于热、
无源光网络是一种极具吸引力的纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电冲击，降低了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，节省了维护成本。是电信维护部门期盼已久的技术。无源光网络作为覆盖“最后一公里”的新型宽带接入光纤技术，在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分支即可。因此具有节省光缆资源、共享带宽资源、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点。
有三种类型的PON、EPON和GPON。ATM-PON(基于ATM的无源光网络)，APON在传输质量和维护成本上有很大优势，目前发展比较成熟。烽火通信、华为等国内厂商都有实用的APON产品。
以太网-PON(EPON(基于以太网的无源光网络)，EPON是一种基于以太网的无源光网络。为了克服APON标准的缺点，如视频能力不足、带宽不够、过于复杂和成本过高，EPON应运而生。EPON的基本做法是在G.983的基础上保留物理层PON，用以太网代替ATM作为第二层协议，形成新的组合，可以提供更大的带宽、更低的成本和更广的服务能力。
GPON GPON(Gigabit PON)是根据消费者需求设计的解决方案，由运营商推动。它的速率为2.4Gb/s，可以以原始格式传输各种业务，效率超过90%。是目前世界上最先进的PON系统，是解决“最后一公里”瓶颈的理想技术。
4.光孤子通信系统
在传统的线性光纤通信系统中，光纤损耗和色散是限制其传输容量和传输距离的主要因素。随着光纤制造技术的不断提高，光纤的损耗已经接近理论极限，因此光纤的色散已经成为实现超大容量、超长距离光纤通信的“瓶颈”，亟待解决。人们花了一百多年的时间探索，发现光纤非线性效应产生的光孤子可以抵消光纤的色散。利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题，从而形成新一代光纤通信系统，这也是21世纪最有前途的通信方式。
一切都在发展中前进。在超长距离、超大容量的发展过程中，光通信遇到了光纤损耗和色散问题，限制了其发展空间。受到大自然的启发，科学家和业内人士发现了特殊的光孤子波。人们假设光纤中波形、振幅和速度恒定的波是光孤子波。利用光孤子传输信息的新一代光纤通信系统，可以真正实现全光通信，无需光电转换，在超长距离、超大容量传输中大显身手，是光通信技术的一次革命。
4.1线性光纤通信系统的发展和局限性
4.1.1线性光纤通信系统是目前无可比拟的信息传输方式。
目前的光纤通信属于线性光纤通信系统。线性光纤通信的容量是有线通信的10亿倍。一根比人的头发还细的纤维可以传输数万部电话和数千台电视。由20根光纤组成的光缆每天可以打76200个电话，而由1800根铜线组成的电缆每天只能打900个电话。线性光纤通信还具有不受大气干扰、中继距离远、信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰强、绝缘好、串扰小、保密性强等优点。是目前最好也是最重要的信息传输方式。
4.1.2线性光纤通信的向前发展受到阻力的限制。
我们知道，光纤的损耗和色散是限制线性光通信传输距离和容量的两个主要因素
脉冲在光纤中传输时，存在光损耗，使得光的能量不断衰减。为了实现长距离传输，必须在一定距离设置中继站，以增强衰减的光信号。中继站是由探测器、调制器和激光器组成的光电组合系统。要实现高传输速率，探测器和强度调制器已经受到电子响应时间的限制，中继站的成本也非常昂贵，这限制了线性光纤通信系统传输速率的进一步提高。
目前在1.55m波长下，光纤损耗已经达到0.18dB/km，使得光信号无中继传输距离达到100km。这个值接近于0.1dB/km的理论极限值，并且没有很大的光纤损耗潜力。
4.1.2.2光的色散
光的色散是指由于物质的折射率与光的波长有关而发生的现象。对于某种物质，折射率n是波长的函数：
n=f()
决定折射率n随波长变化快慢的量称为物质的色散。
由于任何光脉冲都可以表示为不同频率分量的组合，当色散效应存在时，光脉冲中不同频率分量的运动速度不一致，使得光脉冲在传输过程中发生形变。研究表明，光脉冲在光纤正常色散区和异常色散区的传输特性是不同的。在光纤正常色散区，光脉冲的高频分量(蓝移)比低频分量(红移)传播慢，而在光纤异常色散区，蓝移比红移传播快，GVD(群速度色散)效应的最终结果导致光脉冲展宽。因此，色散是线性光纤通信系统不断改进的主要阻力。解决这个问题的方法是非线性光纤通信系统3354光孤子通信系统。
4.2非线性光纤孤子通信系统的组成
4.2.1光孤子通信系统的基本组成
目前，光孤子通信实验系统种类繁多，但其基本组成基本相同。图1显示了它的基本结构。
图中的孤子源不是严格意义上的孤子激光器，而是类似于孤子的超短光脉冲源，产生满足基本光孤子能量和频谱要求的超短脉冲。这种超短光脉冲在光纤中传输时会自动压缩整形形成光孤子。脉冲源通过调制器在光孤子流上携带信号，脉冲源携带的光孤子流经EDFA后进入光纤传输。应该在沿途增加几个光放大器来补偿光脉冲的能量损失。同时需要平衡非线性效应和色散效应，最终保证脉冲的幅度和形状稳定。在接收端，通过光孤子检测器、判决器或解调器等辅助设备恢复信号。
4.2.2与普通线性光纤通信系统的区别
掺铒光纤放大器
光孤子在EDFA系统中的稳定传输是光孤子通信实际应用的关键。由于光纤损耗不可避免地消耗了孤子能量，当能量不满足孤子形成的条件时，脉冲失去孤子特性而展宽，但只要EDFA掺铒光纤放大器给孤子提供能量，孤子就会自动整形。利用孤子的这一特性，可以进行全光中继，不再需要像常规光纤通信系统那样在中继站进行光-电-光转换，从而实现全光传输。一般每30~50km加一个EDFA，这是一种集总式能量补充方式。
4.2.2.2预加重技术
预加重技术，也称为动态光孤子通信。在上述集总能量补充系统中，即使光纤的色散有抖动，该孤子也是稳定的。当放大器之间的距离与特性相当时
戈登-豪斯效应是一种抖动。放大器的自发辐射噪声是一种不可避免的热噪声，它与孤子相互作用，引起孤子中心频率的随机抖动，进而引起到达接收端的孤子的抖动，即戈登-豪斯效应。这种效应是限制孤子传输系统容量、放大器间距等系统指标的重要因素。解决方案是在放大器后增加一个带通滤波器来抑制戈登-豪斯效应。
4.2.2.4波分复用技术
光孤子还可以实现波分复用，即不同波长的光孤子在同一根光纤中传输；不同偏振方向的光孤子也可以在同一根光纤中传输，即偏振复用，进一步提高传输质量和容量。
4.3光孤子通信的优势和前景
4.3.1光孤子通信的优势
4.3.1.1光孤子通信系统大大提高了传输容量和传输距离。
光孤子通信克服了色散的限制。当光强足够大时，光脉冲会变窄，脉宽小于ps，可使光纤带宽增加10~100倍，大大提高传输容量和传输距离。特别是当光速超过10Gbit/s时，光孤子传输系统显示出明显的优势。光孤子通信作为新一代光纤通信系统，在洲际陆地通信、跨洋通信等超长距离、超大容量通信系统中发挥着重要作用。
4.3.1.2光孤子通信系统从根本上改善了耦合损耗和兼容性。
光孤子通信系统不仅容量大、频带宽、增益高，而且可以从根本上改善现有通信中光电器件与光纤耦合带来的损耗和兼容性问题，是光纤通信的一次革命。
4.3.1.3光孤子通信系统解决了高温的自动控制和测量。
光孤子通信系统可以工作在非常高的温度，甚至1000度，因为它不使用电子元件。这对于高温条件下的自动控制或测量具有划时代的意义，为人类提供了一种新的理想传输系统，意义重大。
4.3.2光孤子通信的未来前景
非线性光孤子通信是一种全新的超高速、大容量、超长距离的通信技术。信息传输能力比最好的线性光纤通信系统高一至两个数量级。该系统将成为21世纪的主要通信系统。
光孤子通信以其巨大的应用潜力和发展前景引起了全世界的关注，特别是EDFA技术的飞速发展使得传输比特率为几十到几百兆、几千到几万公里的信息变得容易。如此光明的应用前景，如此诱人的职业，必将吸引众多国内外科技人员为之做出贡献。本世纪初将会看到光孤子通信的实际到来。在本文的最后，我们用图2展示了光孤子通信的现状和前景。
从图2可以看出，三个坐标代表传输距离、传输速度和EDFA性能，图中阴影部分代表现状，三个轴代表发展方向，代表未来前景和达到的性能指标。
来自光纤通信的发展趋势完全有理由认为，光纤通信进入了又一个蓬勃发展的新高潮。但这一发展热潮涉及范围更广，技术更新难度更大，影响面和影响力更广，势必对整个电信网络和信息产业产生深远影响。它的演进和发展结果将在很大程度上决定未来电信网络和信息产业的格局，也将对下一个世纪的社会经济发展产生重大影响。
参考资料：
[1]何《国内外光通信的发展趋势》，《卫星电视与宽带多媒体》，2007年2期
[2]张旭《光纤通信技术的发展趋势》，《中兴通讯技术》，2000，
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