光纖技術(shù)對通信工程的應用與展望

摘要：在社會(huì )經(jīng)濟與科技飛速進(jìn)步的背景下，通信技術(shù)的發(fā)展速度也十分迅猛，是人們工作和生活中必不可少的。在通訊工程當中，利用光纖技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞具有較強的優(yōu)勢，光纖通信的能量損耗很小，可以保證高度還原信息的有效性，也可以對所傳遞的信息實(shí)行加密，安全性和傳遞效率都得到了明顯的提升，在通信領(lǐng)域具有極大的發(fā)展空間，是未來(lái)通信發(fā)展的大方向。因此，文章系統性地介紹了光纖通信的原理特點(diǎn)，并詳細討論光纖通信技術(shù)的主要設計應用和未來(lái)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：通信工程；光纖技術(shù)；設計應用

在人們生活水平不斷提升的今天，通信技術(shù)已經(jīng)深入到了日常的工作，學(xué)習，生活當中，當下不斷研究和突破的5G技術(shù)就是一種新型的通信模型能夠明顯提升信息傳遞的效率和容量。光纖通信是一項具有較大發(fā)展潛力的技術(shù)，能夠對傳統的通信帶來(lái)較大革新。光纖是一種較為柔軟的玻璃材料，光線(xiàn)好，在光纖當中經(jīng)過(guò)反射的光能損失很小，可以最大程度保證信息原始狀態(tài)。光的傳遞通訊速率遠高于電，更適用于現代化大容量、高速率的通信傳遞需求。

1 光纖通信技術(shù)的概述

1.1 光纖通信原理

光纖通信是將光線(xiàn)作為傳輸的載體，直接傳遞光波信號實(shí)現通信需求的過(guò)程。在光纖通信當中，還無(wú)法完成全光工作的模式，傳遞之前需要經(jīng)過(guò)電光轉化后再進(jìn)行信息的傳遞。光纖是光線(xiàn)傳輸的導體，與電線(xiàn)、電流的關(guān)系類(lèi)似，也屬于有線(xiàn)的信息傳輸手段，光纖能夠為光線(xiàn)傳輸和信息保存提供良好的通道[1]。光波中，振幅和頻率兩個(gè)參數的不同都可以攜帶不同的調制信息，有效擴展了信息傳遞的容量。振幅或頻率隨著(zhù)原始信息的區別引發(fā)了一定的變化，通過(guò)光纖進(jìn)行反射傳輸后發(fā)送到接收端，接收器可以將檢測到的光信號重新進(jìn)行解調，將其恢復為原始信息。光纖的結構能夠保證光線(xiàn)在傳輸過(guò)程中完全泛著(zhù)，避免了因為透光折射而產(chǎn)生的能量和信息損失，是一種較為理想的通信載體。

1.2 光纖技術(shù)損耗

光纖通信的優(yōu)勢十分突出，也是在未來(lái)通信行業(yè)發(fā)展當中重要的發(fā)展方向之一，主要表現在信息傳遞過(guò)程中的損耗極弱，是傳統的電力傳輸不能比擬的。首先，在光導纖維的外層鍍有一層薄膜，能夠有效防止光線(xiàn)在光纖內反射時(shí)發(fā)生的能量損失，即信息傳遞的損耗較小。光纖的主要材質(zhì)是石英玻璃，是一種耐腐蝕的非導體材料，在傳遞過(guò)程中不會(huì )受到外界環(huán)境中電磁波的影響，能夠最大程度保留原始信息的數據，使光線(xiàn)在其內部完成全反射，提升了通信傳遞的準確性和有效性[2]。其次，傳統的電力線(xiàn)來(lái)信息傳遞在數據還原的過(guò)程當中，主要依靠數模轉換技術(shù)，一旦信息在傳輸過(guò)程中發(fā)生的損失幅度較大，則會(huì )給信息還原帶來(lái)很大問(wèn)題。光纖通信技術(shù)主要將信息集成在了光波當中，在良導體光纖當中的反射不會(huì )對光波的參數造成損失，能夠實(shí)現更加高效的數據信息還原。

1.3 光纖通信優(yōu)點(diǎn)

首先，光纖通信的載波信號是光線(xiàn)，其中的幅度、頻率都可以作為信息傳遞的載體，且在同一根光纖中可以容納不同的光線(xiàn)同時(shí)傳遞，能夠極大提升信息傳輸的效率和容量，為更加高速的5G信息技術(shù)的發(fā)展提供了極大的便利和技術(shù)支持。光纖是一種特殊的光導體，光線(xiàn)在期內反射傳播能夠有更大的帶寬。以電線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)，電流和銅線(xiàn)之間可能會(huì )出現阻抗問(wèn)題，在一定程度上限制了傳輸容量[3]。其次，光纖的原材料較為廣泛，主要是石英玻璃，生產(chǎn)的原料成本較低，質(zhì)量很輕易于搬運，為其廣泛應用打下了良好基礎。光的傳導速率很快，在光纖內可以實(shí)現高速傳輸，在一些需要進(jìn)行遠距離信息傳遞的工程當中，利用光纖能夠更好完成，也是其目前在鐵路通信當中作為主要信息傳遞介質(zhì)的原因之一。

2 光纖通信應用

2.1 鐵路通信工程

鐵路通信工程的通信線(xiàn)路包括光纖、電纜線(xiàn)路等，主要是完成在鐵路運營(yíng)過(guò)程當中所有與信息傳遞有關(guān)的工作。在鐵路運輸的過(guò)程當中，涉及到的業(yè)務(wù)工作較為復雜，在接入傳統的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)時(shí)，會(huì )受到帶寬的限制，而利用光纖進(jìn)行通信能夠有效解決這些限制問(wèn)題，也能夠提升在區間范圍內的應急通信問(wèn)題，維護鐵路的穩定運營(yíng)。在鐵路通信原有的線(xiàn)路當中重新更換為光纖技術(shù)的工作量較大，但是光纖通信可以打通鐵路通信的安全管理線(xiàn)路，確保了鐵路運營(yíng)的穩定性。鐵路通信網(wǎng)絡(luò )中的終端和數據體量較大，利用光線(xiàn)進(jìn)行通信交流能夠有效提升數據傳輸的容量，能夠更好地解決在鐵路運輸當中的發(fā)展短板和不足。鐵路光纖通信可以分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)，其信息傳遞的穩定性存在一定差異，但根據實(shí)際乘務(wù)工作的需求可以靈活選擇，為光纖通信在鐵路當中的應用提供了可行性。

2.2 相干光的通信

相干光是光學(xué)領(lǐng)域當中十分重要的基本概念，也是光波的一種特殊性質(zhì)。在相干光中，原本直線(xiàn)傳播的光束在一些特殊的條件影響之下會(huì )出現明暗分布，如果用一束已知相位、頻率和振幅的光束去進(jìn)行探測，可以通過(guò)探測光、相干光的接推反推原本光束的實(shí)際情況，從而獲取原光束中攜帶的數據信息。由于相干光本身的調制階數更高，相比普通的光束信息傳遞，相干光中能夠攜帶的信息容量更大，對結果的控制也更加的精準，是一種較為理想的光通信方式。在調制光線(xiàn)時(shí)要確保兩束光在90 °垂直的情況下發(fā)生相干現象，探測相干光信號時(shí)要使用光接收器，確保接收到的光信號強度和精準度。相干光的信息傳輸方式對光的調制作用更強，能夠使光信號負載更多的信息內容，在傳遞中也可以更好地消除外界環(huán)境對于光信號的影響。

2.3 光孤子的應用

光孤子是一種特殊的技術(shù)手段，光孤子是一種較為獨立的光波形式，在光纖當中，光孤子的傳遞波形十分穩定，可以滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)間、長(cháng)距離的傳輸，對原始信息的保留程度也很高。目前在對光孤子的通信技術(shù)研究當中發(fā)現可以利用一些激光器或放大器來(lái)實(shí)現更新后的釋放，利用光纖作為信息傳遞的渠道，能夠實(shí)現更加精密的光的波分復用法，在提升信息傳遞穩定性和容量上最重要的研究?jì)r(jià)值。光孤子載波的傳遞上具有獨立的優(yōu)勢性，且在長(cháng)距離的傳輸過(guò)程中，對原始信息的保存十分穩定，不會(huì )受到外界環(huán)境的干擾。等光孤子通信技術(shù)目前研究還存在一定的限制，如光的偏振狀態(tài)如何在快速傳遞過(guò)程中完成保持等，還需要技術(shù)人員繼續加以研究突破。

3 光纖通信發(fā)展

3.1 信息穩定研究作為高速信息傳輸的主要載體，如今光通信技術(shù)已經(jīng)在數據中心中得到了廣泛應用，從距離幾米服務(wù)器間的光互聯(lián)到連接世界各地數據中心的光網(wǎng)絡(luò )。對應用于海底及長(cháng)途傳輸的光纖而言，光纖的衰減和有效面積成為可進(jìn)一步優(yōu)化的參數，超低損耗和大有效面積光纖是發(fā)展的方向[4]。對于城域的數據中心互聯(lián)，光纖的衰減，色散等因素對非相干高速系統仍有重要意義。伴隨著(zhù)全球范圍內的高速通信升級，作為連接支撐的海底光纜也需要相應提升，其中超低損耗和大有效面積是重點(diǎn)發(fā)展方向。

3.2 大容量的通信

容量提升是指通過(guò)提高速率、多粒度大容量交叉、靈活柵格等技術(shù)方式來(lái)提高光纖通信容量，以滿(mǎn)足日益擴展的、大容量多業(yè)務(wù)承載需求。在5G技術(shù)的發(fā)展背景之下，用戶(hù)對于通信系統的容量有了更大的需求，這部分的市場(chǎng)目前也在迅速擴張，國家也相應的投入了大量的科研資金和人力資源。高速的通信網(wǎng)絡(luò )是未來(lái)國家進(jìn)行數字化競爭的重要對象，也是實(shí)現技術(shù)自我支持的強烈需求。我國的通信業(yè)三巨頭，移動(dòng)、聯(lián)通和電信都已經(jīng)著(zhù)手積極研發(fā)提升光纖通道容量的相關(guān)項目，并在全國范圍內推出了“光改”計劃。

4 結語(yǔ)

總之，利用光纖進(jìn)行通信信息傳遞的優(yōu)勢十分突出，在目前的鐵路通信當中已經(jīng)有了較為廣泛的應用。相干光和光孤子通信技術(shù)具有較大的發(fā)展空間，可以和現代化的5G技術(shù)相結合提升通信信息傳遞效率。由于光纖十分柔軟，可以彎折，在一些醫療、媒體等方面發(fā)展潛力巨大。在光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程當中，如何提高傳遞速度和傳遞容量是亟待解決的方向。將光纖通信并入光聯(lián)網(wǎng)實(shí)現光纖到戶(hù)能夠明顯增加光纖通信技術(shù)的普及，使新型通信技術(shù)惠及每位用戶(hù)。

[1]戴淑怡.通信工程中光纖技術(shù)的設計應用和發(fā)展趨勢探析[J].科學(xué)與信息化，2019 ，20 （1 ）：34-35.

[2]王曉樂(lè ).通信工程中光纖技術(shù)的設計應用和發(fā)展趨勢[J].通信電源技術(shù)，2018 ，35 （2 ）：186-187.

[3]張鵬，劉宏.通信工程中光纖技術(shù)的設計應用研究[J].飲食科學(xué)，2018 ，47 （16 ）：240.

[4]孟蒙.通信工程中光纖技術(shù)的應用及設計分析[J].信息通信，2018 ，32 （5 ）：156-157.