【正文】 太平洋 TPC3/HAW4 海底光纜通信系統(tǒng)于 1989年建成 ， 全長 13 200 km。 從此 ， 海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開 ， 促進了全球通信網(wǎng)的發(fā)展 。 自從 1966 年高錕提出光纖作為傳輸介質(zhì)的概念以來 ， 光纖通信從研究到應(yīng)用 ， 發(fā)展非常迅速：技術(shù)上不斷更新?lián)Q代 ， 通信能力 (傳輸速率和中繼距離 )不斷提高 ， 應(yīng)用范圍不斷擴大 。 光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段： 第一階段 (1966~1976年 )， 這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期 。 在這個時期 ， 實現(xiàn)了短波長 ( μm)低速率 (45或34 Mb/s)多模光纖通信系統(tǒng) ， 無中繼傳輸距離約 10 km。 (1976~1986年 )， 這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期 。 在這個時期 ， 光纖從多模發(fā)展到單模 ， 工作波長從短波長 ( μm) 發(fā)展到長波長 ( μm和 μm)， 實現(xiàn)了工作波長為 μm、傳輸速率為 140~565Mb/s 的單模光纖通信系統(tǒng) ， 無中繼傳輸距離為 100~50 km。 第三階段 (1986~1996年 )， 這是以超大容量超長距離為目標 、 全面深入開展新技術(shù)研究的時期 。 在這個時期 ， 實現(xiàn)了 μm色散移位單模光纖通信系統(tǒng) 。 采用外調(diào)制技術(shù) ， 傳輸速率可達 ~10 Gb/s， 無中繼傳輸距離可達 150~100 km。 實驗室可以達到更高水平 。 目前 ， 正在開展研究的光纖通信新技術(shù) ， 例如 ， 超大容量的波分復用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)光纖通信系統(tǒng)和超長距離的光孤子 (Soliton)通信系統(tǒng) ， 將在第 7章作介紹 。 1976年美國在亞特蘭大進行的現(xiàn)場試驗 ， 標志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段 。 此后 ， 光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模 ， 工作波長從 μm發(fā)展到 μm和 μm， 傳輸速率從幾十 Mb/s發(fā)展到幾十 Gb/s。 另一方面 ， 隨著技術(shù)的進步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成 ， 光纖價格不斷下降 ， 應(yīng)用范圍不斷擴大：從初期的市話局間中繼到長途干線進一步延伸到用戶接入網(wǎng) ， 從數(shù)字電話到有線電視 (CATV)， 從單一類型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸 。 目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì) ， 光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱 。 在許多發(fā)達國家 ， 生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟中占重要地位 。 根據(jù)資料 ， 僅光纜產(chǎn)品一項 (約占整個光纖通信產(chǎn)品的一半 )， 1995年在世界市場銷售額達 38億美元 ， 預測 2022年可達 85億美元 ， 2022年可達 155億美元 ， 10年中復合年增長率 (CAGR)為 15%。 世界成纜光纖市場銷售量 ， 1994年為 1810 104 km， 預測 2022年為 6570 104 km， 7年中CAGR為 20%， 每年數(shù)據(jù)見表 。 市場銷售額和市場銷售量的年增長率不同 ， 主要是由于光纖價格呈下降趨勢 ， 見表 。在 1995年光纜市場銷售額的 38億美元中 ， 單模占 28億美元 ，為 74%。 同年成纜光纖銷售量的 2300 104 km中 ， 單模為2130 10 4 km， 占 93%。 兩者的比例不同， 是由于單模光纖比多模光纖便宜的結(jié)果。 表 世界成纜光纖市場銷售量 年份 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2022 2022 光纖銷售總長度/104 km 1810 2300 2900 3470 4070 4730 5580 6570 表 世界市場單模光纖平均價格 年份 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2022 2022 價格/($km1) 68 67 72 69 60 52 46 44 實際銷售量比預測的數(shù)字還要大 ， 到 1998年底 ， 僅單模光纖的銷售量就達到 4110 104 km， 見表 。 隨著光纖產(chǎn)量的增加 ， 價格逐年下降 ， 促進了光纖在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和新技術(shù)的研究 ， 推動著光纖產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展 。 表 世界成纜單模光纖市場銷售量 年份 1998 1999 2022 2022 2022 2022 光纖銷售總長度/104 km 4110 4600 5350 6230 7200 8110 光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用 最大可能的信息傳輸容量和傳輸距離 。 通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對載波調(diào)制的頻帶寬度 ， 載波頻率越高 ， 頻帶寬度越寬 。 通信技術(shù)發(fā)展的歷史 ， 實際上是一個不斷提高載波頻率和增加傳輸容量的歷史 。 20世紀 60年代 ， 微波通信技術(shù)已經(jīng)成熟 ， 因此開拓頻率更高的光波應(yīng)用 ， 就成為通信技術(shù)發(fā)展的必然 。 電纜通信和微波通信的載波是電波 ， 光纖通信的載波是光波 。 雖然光波和電波都是電磁波 ， 但是頻率差別很大 。 光纖通信用的近紅外光 (波長約 1μm)的頻率 (約 300 THz)比微波 (波長為 ~1 mm)的頻率 (3~300 GHz)高 3個數(shù)量級以上 。 圖 部分電磁波頻譜 1 0 0 T H z1 0 T H z1 T H z1 0 0 G H z1 0 G H z1 G H z1 0 0 M H z1 0 M H z1 M H z1 ? m 可見光 線1 0 ? m1 0 0 ? m1 m m1 0 m m1 0 0 m m1 m1 0 m1 0 0 m中波 ( M F )短波 ( H F )米波 ( V H F )分米波 ( U H F )厘米波 ( S H F )毫米波 ( E H F )亞毫米 波遠紅外 線近紅外 線( 光纖通信 用）頻率 波長 名稱紫外線 為便于比較 ， 圖 。 光纖通信用的近紅外光 (波長為 ~)頻帶寬度約為 200THz， 在常用的 μm和 μm兩個波長窗口頻帶寬度也在 20 THz以上 。 由于光源和光纖特性的限制 ， 目前 ， 光強度調(diào)制的帶寬一般只有 20 GHz， 因此還有 3個數(shù)量級以上的帶寬潛力可以挖掘 。 微波波段有線傳輸線路是由金屬導體制成的同軸電纜和波導管 。 同軸電纜的損耗隨信號頻率的平方根而增大 ， 要減小損耗 ， 必須增大結(jié)構(gòu)尺寸 ， 但要保持單一模式的傳輸 ， 又不允許增大結(jié)構(gòu)尺寸 。 波導管具有比同軸電纜更低的損耗 ， 但隨著工作頻率的提高 ， 要減小波導結(jié)構(gòu)的尺寸以保持單一模式的傳輸 ， 損耗仍然要增大 。 光纖是由絕緣的石英 (SiO2)材料制成的 ， 通過提高材料純度和改進制造工藝 ， 可以在寬波長范圍內(nèi)獲得很小的損耗 。 圖 耗特性 。 圖 各種傳輸線路的損耗特性 1 0 0 01 0 01010 . 11 0 M標準同軸? 38 mm海底同軸光纖1 0 0 M 1 G 1 0 G 1 0 0 G 1 T 1 0 T 1 0 0 T 1 0 0 0 T頻率 / H zM ：( 注 )G ：T ：1061091012傳輸損耗/(dBkm－1)? 5 1 m m 波導器 在光纖通信系統(tǒng)中 ， 作為載波的光波