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光纖通訊 - 维基百科,自由的百科全书

ひかり纖通訊

通過つうかこうみゃく通過つうかこう纖將しんいきしたがえ一個地方傳輸到另一個地方的方法
重定しげさだこうひかり纖網

ひかり纖通訊英語えいごfiber-optic communicationゆびいちしゅ利用りようひかりあずかひかりoptical fiber/fibreつて遞資訊的いちしゅ方式ほうしきぞく於有せん通信つうしんてきいちしゅひかり經過けいか調しらべへん(modulation)後便こうびんのう攜帶訊。1980年代ねんだいおこりひかり纖通訊系統けいとうたい電信でんしん工業こうぎょうさんせいりょう革命かくめい性的せいてき作用さよう同時どうじ也在すう時代じだいうらふんえんじ非常ひじょう重要じゅうようてきかくしょくひかり通信つうしん具有ぐゆうでん輸容りょうだいみつせいこのみとう許多きょたゆうてんひかり通信つうしんせんざいやめけいなりため當今とうぎんさい主要しゅようてき有線ゆうせん通信つうしん方式ほうしきはた傳送でんそうてきしんいきざい發送はっそうはし輸入ゆにゅういた發送はっそうちゅうはたしんじいき叠加ある調しらべせいいた作為さくいしんいき信號しんごうからだてきなみじょうしかはたやめ調ちょうせいてきなみ通過つうかでん媒質ばいしつ傳送でんそういたどおしょてき接收せっしゅうはしゆかり接收せっしゅうかい調ちょう出原いずはららいてきしんいき

ざいいちじょう聚甲もとへい烯酸かぶとぼうないいちたばげきこうはん复弹とべこれあまり沿棒方向ほうこう传播。该现ぞうのう够解释多こう纖(multi-mode optical fibre内光うちみつたばぜん反射はんしゃ原理げんり

根據こんきょ訊號調ちょうへん方式ほうしきてき不同ふどうひかり纖通訊可以分ためすうひかり纖通訊、類比るいひひかり纖通訊。ひかり纖通訊的產業さんぎょう包括ほうかつりょうこう纖電ともづなひかりけんひかり裝置そうちひかりどおり訊儀ひょうひかりどおり訊積たい電路でんろとう領域りょういき

利用りようこう纖做ためどおり訊之よう通常つうじょう經過けいかれついく驟:

  • 發射はっしゃ(Transmitter)さんせいこう訊號。
  • 以光纖傳遞訊ごう同時どうじ必須ひっす確保かくほこう訊號ざいひかり纖中かいおとろえある嚴重げんじゅう變形へんけい
  • 接收せっしゅう(Receiver)接收せっしゅうこう訊號,なみ轉換てんかんなりでん訊號。

應用おうよう

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ひかりつね電話でんわ公司こうしよう於傳遞電話でんわあみぎわもうある有線ゆうせんでんてき訊號,ゆう時候じこう利用りよういちじょうひかり就可以同つて上述じょうじゅつてき所有しょゆう訊號。あずか傳統でんとうてきどうせんそうひかり纖的訊號おとろえげん(Attenuation)あずか遭受[らいみなもと請求せいきゅう](Interference)てきじょうがた改善かいぜん很多,特別とくべつ長距離ちょうきょり以及大量たいりょうでん輸的使用しよう場合ばあいちゅうひかり纖的優勢ゆうせいさらためあかりあらわしか而,ざい城市じょうしあいだ利用りようひかりまとどおり基礎きそ建設けんせつ(Infrastructure)通常つうじょう施工しこうなん以及材料ざいりょう成本なりもとなん以控せい完工かんこうてき系統けいとう維運複雜ふくざつあずか成本なりもと也居だかしたよし此,早期そうきこう纖通訊系統けいとうはん應用おうようざい長途ちょうとてきどおり訊需もとめちゅう,這樣才能さいのうゆずるこう纖的優勢ゆうせい徹底てってい發揮はっきなみ抑制よくせいじゅう不斷ふだん增加ぞうかてき成本なりもと

したがえ2000ねんひかりどおり(Optical Communication)市場いちば崩潰ほうかいひかり纖通訊的成本なりもと不斷ふだんさがせ目前もくぜんやめけい和銅わどうともづなため骨幹こっかんてきどおり系統けいとう相上あいあげ[1]

たい於光纖通訊產業さんぎょう而言,1990ねんひかり大器たいき(Optical Amplifier)正式せいしき進入しんにゅう商業しょうぎょう市場いちばてき應用おうよう,很多ちょう長距離ちょうきょりてきひかり纖通訊才とく以真せい實現じつげんれい如越ようてき海底かいてい電纜でんらんいたりょう2002ねんこしひろし海底かいてい電纜でんらんてき總長そうちょうやめけい超過ちょうか25まん公里くり每秒まいびょうのう攜帶てき資料しりょうりょう超過ちょうか2.56Tb,而且根據こんきょ電信でんしん業者ぎょうしゃてき統計とうけい,這些すうよりどころしたがえ2002ねん仍然不斷ふだんてき大幅おおはば成長せいちょうちゅう

歷史れきし

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いにしえ以來いらい人類じんるいたい於長距離きょりどおり訊的需求就不曾稍げんずいちょ時間じかんてき前進ぜんしんしたがえ烽火ほうかいた電報でんぽうさいいた1940ねんだいいちじょう同軸どうじく電纜でんらん(coaxial cable)正式せいしき服役ふくえき,這些どおり系統けいとうてき複雜ふくざつあずか精細せいさい不斷ふだんてき進步しんぽただし這些どおり訊方しきかくゆう其極げん使用しよう電氣でんき訊號でん遞資訊雖しか快速かいそくただしでん距離きょりかいいんため電氣でんき訊號容易よういおとろえげん需要じゅよう大量たいりょうてき中繼ちゅうけい(repeater);ほろなみ(microwave)どおり訊雖しか使用しよう空氣くうきかいしつ是也これやかい受到なみしきりつ(carrier frequency)てききりせいいたりょうじゅう世紀せいき中葉ちゅうようにん們才了解りょうかい使用しようこう來傳らいでん遞資訊,のうたいらい很多過去かこしょぼつゆうてき顯著けんちょこうしょ

しか而,當時とうじなみぼつゆう同調どうちょうせいこうてき發光はっこうげん(coherent light source),也沒ゆう適合てきごう作為さくいでん遞光訊號てきかいしつ,也所以光どおり訊一ちょくただ概念がいねんちょくいた1960年代ねんだいかみなりしゃ(laser)てき發明はつめいざい解決かいけつだいいちこう難題なんだい。1970年代ねんだいかんやすし公司こうし(Corning Glass Works)發展はってんだか品質ひんしつていおとろえげんてきひかり纖則解決かいけつりょうだいこう問題もんだい,此時訊號ざいひかり纖中でん遞的おとろえ減量げんりょうだい一次低於光纖通訊之父こうところ提出ていしゅつてきごと公里くりおとろえげん20ぶんかい(20dBでしべる/km)せき卡,证明こう纤作为通信介しんすけ质的可能かのうせいあずか此同使用しよう砷化鎵(GaAs)作為さくい材料ざいりょうてき半導體はんどうたいかみなりしゃ(semiconductor laser)也被發明はつめい出來できなみ且憑藉著體積たいせきしょうてき優勢ゆうせい而大りょう運用うんよう於光纖通訊系統けいとうちゅう。1976ねんだいいちじょうそくりつ为44.7Mbit/sてきひかり通信つうしんけい统在美国びくに亚特兰大てき地下ちかかん道中どうちゅう诞生。

經過けいかねんてきとぎはつだい一個商用的光纖通訊系統在1980ねんとい。這個人類じんるい史上しじょうだい一個光纖通訊系統使用波長800奈米(nanometer)てき砷化鎵雷しゃ作為さくい光源こうげんつて輸的そくりつ(data rate)たちいた45Mb/s(bits per second),まい10公里くり需要じゅよういち中繼ちゅうけい增強ぞうきょう訊號。

だい二代的商用光纖通訊系統也在1980年代ねんだい初期しょき發展はってん出來でき使用しよう波長はちょう1300奈米てき磷砷鎵銦(InGaAsP)かみなりしゃ早期そうきてきひかり纖通訊系統けいとう雖然受到しょく(dispersion)てき問題もんだい而影ひびきりょう訊號品質ひんしつただし1981ねんたんこう(single-mode fiber)てき發明はつめい克服こくふくりょう這個問題もんだいいたりょう1987ねん,一個商用光纖通訊系統的傳輸速率已經高達1.7Gb/s,だい一個光纖通訊系統的速率快將近四十倍之多。同時どうじでん輸的こうりつあずか訊號おとろえげんてき問題もんだい也有やゆう顯著けんちょ改善かいぜん間隔かんかく50公里くりざい需要じゅよういち中繼ちゅうけい增強ぞうきょう訊號。1980年代ねんだいまつ,EDFAてき诞生,こらえしょう光通信ひかりつうしん史上しじょうてき一个里程碑似的事件,它使こう通信つうしん直接ちょくせつ进行こうちゅう继,使つかい长距离高そく传输なり可能かのう,并促使DWDMてき诞生。

だい三代的光纖通訊系統改用波長1550奈米てきかみなりしゃ做光げん,而且訊號てきおとろえげんやめけいていいたりごと公里くり0.2ぶんかい(0.2dBでしべる/km)。これぜん使用しよう磷砷鎵銦かみなり射的しゃてきこう纖通訊系統けいとう常常つねづね遭遇そうぐういたみゃくのべ(pulse spreading)問題もんだい,而科學かがくのり設計せっけいいろ遷移せんいこう(dispersion-shifted fiber)らい解決かいけつ這些問題もんだい,這種こう纖在でん遞1550奈米てき光波こうはいろいく乎為れいいん其可はたかみなり射光しゃこうてきひかりげんせいざい單一たんいつたて(longitudinal mode)。這些技術ぎじゅつじょうてき突破とっぱ使とくだい三代光纖通訊系統的傳輸速率達到2.5Gb/s,而且中繼ちゅうけいてき間隔かんかくたちいた100公里くりとお

だい四代光纖通訊系統引進ひかり大器たいき(optical amplifier),しん一步減少中繼器的需求。另外,波分はぶ复用(wavelength-division multiplexing, WDM)技術ぎじゅつそく大幅おおはば增加ぞうかでん輸速りつ。這兩こう技術ぎじゅつてき發展はってんゆずるこう纖通訊系統けいとうてき容量ようりょう以每ろく個月かげつ增加ぞうかいちばいてき方式ほうしき大幅おおはば躍進やくしんいたりょう2001ねんやめけい到達とうたつ10Tb/sてきおどろきじんそくりつそくあし80年代ねんだいこう纖通訊系統けいとうてき200ばい近年きんねんらいつて輸速りつやめけいしんいち增加ぞうかいた14Tb/s,まいへだた160公里くりざい需要じゅよういち中繼ちゅうけい

だいだいこう纖通訊系統けいとう發展はってんてき重心じゅうしんざい於擴てん波長はちょうぶん波多はたこうてき波長はちょう操作そうさ範圍はんい傳統でんとうてき波長はちょう範圍はんい,也就一般いっぱん俗稱ぞくしょうてき「C band」やく1530奈米いたり1570奈米あいだしん一帶いったいてき無水むすいこう纖(dry fiber)てい損耗そんこうてきなみだんそく延伸えんしんいた1300奈米いたり1650奈米あいだ。另外一個發展中的技術是引進ひかり(optical soliton)てき概念がいねん利用りようこう纖的せんせいこうおうゆずるみゃくのう抵抗ていこうしょく維持いじ原本げんぽんてき波形はけい

1990ねんいたり2000年間ねんかんひかり纖通訊產業さんぎょう受到あみぎわもう泡沫うたかたてき影響えいきょう而大はば成長せいちょう。此外一些新興的網路應用,如视频点播(video on demand)使つかいとくもうぎわもうしきひろしてき成長せいちょう甚至超過ちょうかなんじ定律ていりつ(Moore's Law)しょあずかせきたい電路でんろあきらかたちゅうでんあきらからだ增加ぞうかてきそくりつ。而自あみぎわもう泡沫うたかた破滅はめついたり2006ねんためどめひかり纖通訊產業さんぎょう透過とうか企業きぎょうせい併壯だい規模きぼ,以及がい生產せいさんてき方式ほうしきくだていなり本來ほんらいのべ續生ぞくせいいのち

核心かくしん技術ぎじゅつ

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現代げんだいてきひかり纖通訊系統けいとうはん包括ほうかついち發射はっしゃしょうでん訊號轉換てんかん成光なるみつ訊號,さい透過とうかひかりはたひかり訊號でん遞。ひかりはんうめ在地ざいち連接れんせつ不同ふどうてき建築けんちくぶつ系統けいとうちゅうかえ包括ほうかつすうしゅこう大器たいき,以及一個光接收器將光訊號轉換回電訊號。ざいひかり纖通訊系統けいとうちゅうつて遞的はんすう訊號,らいみなもと包括ほうかつ電腦でんのう電話でんわ系統けいとうある有線ゆうせんでん系統けいとう

發射はっしゃ

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ざいひかり纖通訊系統けいとうちゅう通常つうじょう作為さくい光源こうげんてき半導體はんどうたいもとけんこれ發光はっこうきょくたい(light-emitting diode, LED)あるかみなりきょくたい(laser diode)。LEDあずかかみなりきょくたいてき主要しゅよう差異さいざい於前しゃしょ發出はっしゅつてきひかりため同調どうちょうせい(noncoherent),而後しゃそくため同調どうちょうせい(coherent)てきひかり使用しよう半導體はんどうたい作為さくい光源こうげんてきこうしょ體積たいせきしょう發光はっこう效率こうりつだかもたれけい,以及以將波長はちょうさいけいさら重要じゅうようてき半導體はんどうたい光源こうげん以在だかしき操作そうさ直接ちょくせつ調ちょうへん非常ひじょう適合てきごうこう纖通訊系統けいとうてき需求。

LED藉著でん激發げきはつこう(electroluminescence)てき原理げんり發出はっしゅつ同調どうちょう性的せいてきこうしき通常つうじょうぶん散在さんざい300奈米いたり600奈米あいだ。LED另外一項缺點是發光效率差,通常つうじょうただゆう輸入ゆにゅうこうりつてき40~50%轉換てんかん成光なるみつこうりつ消耗しょうもうこうりつやく 50~60 mW(milliwatt)左右さゆうただしよし於LEDてき成本なりもと低廉ていれんいん常用じょうよう於低てき應用おうようちゅう常用じょうよう於光どおり訊的LED主要しゅよう材料ざいりょう砷化鎵ある砷化鎵磷(GaAsP),後者こうしゃてき發光はっこう波長はちょうため1300奈米左右さゆう砷化鎵てき810奈米いたり870奈米さら適合てきごうようざいひかり纖通訊。よし於LEDてきしき範圍はんい較廣,しるべ致色較為嚴重げんじゅう,也限せいりょう其傳輸速りつあずかつて距離きょりてきじょうせき。LEDどおり常用じょうようざいつて輸速りつ10Mb/sいたり100Mb/sてき區域くいきもう(local area network, LAN),つて距離きょり也在すう公里くり內。目前もくぜん也有やゆうLED內包含ほうがんりょうすう量子りょうし(quantum well)てき結構けっこう使つかいとくLED發出はっしゅつ不同ふどう波長はちょうてきひかり,涵蓋較寬てきしき,這種LEDこう應用おうようざい區域くいきせいてき波長はちょうぶん波多はたこうもうちゅう

半導體はんどうたいかみなり射的しゃてき輸出ゆしゅつこうりつ通常つうじょうざい100毫瓦とく(milliwatt)左右さゆう,而且ため同調どうちょう性質せいしつてき光源こうげん方向ほうこうせい相對そうたい而言較強,通常つうじょうたんこう纖的耦合效率こうりつたち50%。かみなり射的しゃてき輸出ゆしゅつしき較窄,也有やゆうじょ增加ぞうかでん輸速りつ以及くだていたいしょく(modal dispersion)。半導體はんどうたいかみなりまたざい相當そうとうだかてき操作そうさしきりつ進行しんこう調ちょうへん原因げんいん其復あい時間じかん(recombination time)非常ひじょうたん

半導體はんどうたいかみなりしゃ通常つうじょうよし輸入ゆにゅうてき電流でんりゅう有無うむ直接ちょくせつ調ちょうへん其開せき狀態じょうたいあずか輸出ゆしゅつ訊號,たい於某些傳輸速りつ非常ひじょうだかあるでん距離きょり很長てき應用おうようかみなり射光しゃこうげん可能かのうかい連續れんぞく(continuous wave)てき形式けいしきひかえせいれい使用しよう外接がいせつてきでん吸收きゅうしゅうこう調ちょうへん(electroabsorption modulator)あるうま赫·にんとく干涉かんしょう(Mach-Zehnder interferometer)たいひかり訊號以調へん外接がいせつてき調ちょうへんもとけん以大はば減少げんしょうかみなり射的しゃてき「啁啾みゃく衝」(chirp pulse)。啁啾みゃく衝會使とくかみなり射的しゃてきせんひろしへんひろし使つかいとくこう纖內てきしょくへんどく嚴重げんじゅう

ひかり

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ひかり纖纜せん包含ほうがんいち纤芯(core),纖殼(cladding)以及外層がいそうてき保護ほご被覆ひふく(protective coating)。核心かくしんあずかおりしゃりつ(refractive index)較高てき纖殼どおり常用じょうようだか品質ひんしつてき矽石玻璃はり(silica glass)せいなりただし現在げんざい也有やゆう使用しよう塑膠作為さくい材質ざいしつてきひかり纖。またいんためこう纖的外層がいそうゆう經過けいか紫外線しがいせん固化こかてきへい烯酸聚合ぶつ(acrylate polymer)被覆ひふく以如どうともづないちよう埋藏まいぞう於地需要じゅようふと維護費用ひようしか而,如果こう纖被彎折てきふと劇烈げきれつ,仍然ゆうおりだんてき危險きけん。而且いんためこう纖兩はし連接れんせつ需要じゅようじゅうふん精密せいみつてきこうなずらえ所以ゆえんおりだんてきひかり纖也なん以重しん接合せつごう

光通信ひかりつうしんちゅう主要しゅよう使用しよう、单模两种こう纤。こう纤纤しん直径ちょっけいさらだい(≥50ほろべい),对发しゃつくえ、连接てき要求ようきゅうさらひくしか而,こう纤引にゅうりょうしょく,这会げんせいけい统的带宽长度。此外,ゆかり于有さらだかてき杂质含量,こう纤通常会じょうかいゆうさらだかてきおとろえ减。单模こう纤的纤芯直径ちょっけい较小(<10ほろべい),对发しゃつくえ、连接てき要求ようきゅうさらだかただしのう够搭けん传输距离さら长、性能せいのうさらこのみてきけい统。单模こう纤都ゆう不同ふどうてきとう级。

ひかり纤类がた[1]
こう FDDI 62,5/125 µm(1987) こう OM1 62,5/125 µm(1989) こう OM2 50/125 µm(1998) こう OM3 50/125 µm(2003) こう OM4 50/125 µm(2008) こう OM550/125 µm(2016) 单模こう OS19/125 µm(1998) 单模こうOS29/125 µm(2000)
160 MHz·km@850 nm 200 MHz·km@850 nm 500 MHz·km@850 nm 1500 MHz·km@850 nm 3500 MHz·km@850 nm 3500 MHz·km@850 nm &1850 MHz·km@950 nm 1 dB/km@1300/1550 nm 0.4 dB/km@1300/1550 nm

ひかり大器たいき

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過去かこひかり纖通訊的距離きょりげんせい主要しゅよう根源こんげん於訊ごうざいひかり纖內てきおとろえげん以及訊號變形へんけい,而解決かいけつてき方式ほうしき利用りようこうでん轉換てんかんてき中繼ちゅうけい。這種中繼ちゅうけいさきしょうこう訊號轉回てんかいでん訊號だいさい轉換てんかんなり較強てきひかり訊號でん往下いち中繼ちゅうけいしか而這さまてき系統けいとう構無うたぐ較為複雜ふくざつ適用てきよう於新いちだいてき

接收せっしゅう

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構成こうせいこう接收せっしゅうてき主要しゅようもとけんひかり偵測(photodetector),利用りようひかりでんこうおうはた入射にゅうしゃてきひかり訊號てんためでん訊號。ひかり偵測通常つうじょう半導體はんどうたいため基礎きそてきひかりでんきょくたい(photodiode),れいpnゆい、p-i-nきょくたいある雪崩なだれがたきょくたい(avalanche diode)。另外「金屬きんぞく-半導體はんどうたい-金屬きんぞく」(Metal-Semiconductor-Metal, MSM)ひかり偵測也因ためあずか電路でんろ整合せいごうせいけい,而被應用おうようざいひかり再生さいせい(regenerator)ある波長はちょうぶん波多はたこううつわちゅう

ひかり接收せっしゅう電路でんろ通常つうじょう使用しよううたて阻放大器たいき(transimpedence amplifier, TIA)以及かぎりはば大器たいき(limiting amplifier)處理しょりよしひかり偵測轉換てんかんてきひかり電流でんりゅうてん阻放大器たいきげんはば大器たいき以將こう電流でんりゅう轉換てんかんなり振幅しんぷく較小てき電壓でんあつ訊號,さい透過とうかはしてき比較ひかく(comparator)電路でんろ轉換てんかんなりすう訊號。たい高速こうそくこう纖通訊系統けいとう而言,訊號常常つねづね相對そうたいおとろえげん較為嚴重げんじゅうためりょう避免接收せっしゅう電路でんろ輸出ゆしゅつてきすう訊號變形へんけいちょう規格きかく通常つうじょうざい接收せっしゅう電路でんろてききゅう也會じょうどきみゃく資料しりょう回復かいふく電路でんろ(clock and data recovery, CDR)以及くさりしょう迴路(phase-locked loop, PLL)はた訊號做適度てきど處理しょりさい輸出ゆしゅつ

波長はちょうぶん波多はたこう

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波長はちょうぶん波多はたこうてき實際じっさい做法就是しょうこう纖的工作こうさく波長はちょう分割ぶんかつなりどおりどう(channel),俾使のうざいどう一條光纖內傳輸更大量的資料。いちかんせいてき波長はちょうぶん波多はたこう系統けいとうぶんため發射はっしゃはしてき波長はちょうぶん波多はたこう(wavelength division multiplexer)以及ざい接收せっしゅうはしてき波長はちょうぶんなみかいこう(wavelength division demultiplexer),さい常用じょうよう波長はちょうぶん波多はたこう系統けいとうてきもとけん陣列じんれつしるべこうしがらみ(Arrayed Waveguide Gratings, AWG)。而目ぜんめんじょうやめけいゆう商用しょうようてき波長はちょうぶん波多はたこう/かいこう最多さいたはたひかり纖通訊系統けいとう劃分なり80どおりどう,也使とく資料しりょうでん輸的そくりつ一下子就突破Tb/sてき等級とうきゅう

けい统参すう

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しきひろし距離きょりじょうせき(BL积)

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よし於傳輸距離きょりえつとおひかり纖內てきしょく現象げんしょう就越嚴重げんじゅう影響えいきょう訊號品質ひんしつよし常用じょうよう於評估光纖通訊系統けいとうてきいちこう指標しひょう就是しきひろし-距離きょりじょうせき(BL积)單位たんいひゃくまん赫茲×公里くり(MHz×km)。使用しよう兩個りゃんこ值的じょうせき做為指標しひょうてき原因げんいん通常つうじょう兩個りゃんこ值不會同かいどうへんこのみ,而必須有しょ取捨しゅしゃ(trade off)。舉例而言,一個常見的多模光纖系統的頻寬-距離きょりじょうせきやく500MHz×km,代表だいひょう這個系統けいとうざい一公里內的訊號頻寬可以到500MHz,而如はて距離きょりちぢみたんいたり0.5公里くりしきひろしのり以倍ぞういた1000MHz。

传输そくりつ

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まいこう纤可以承载许独立どくりつてきどおりどうまい个通どう使用しよう不同ふどう长的こう波分はぶ复用)。まいじょうこう纤的净数すえそくりつぼつゆう开销节的すうすえそくりつごとどおりみちすうすえそくりつ减少りょうFEC开销,じょう以信どう数量すうりょう(截至2008ねん商用しょうよう密集みっしゅうWDMけい通常つうじょうだか达80个)。

标准こう

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以下いか总结りょう目前もくぜん使用しよう标准电信级单单芯こう纤电缆的最新さいしん研究けんきゅう成果せいか

とし つくえ けい统传输速りつ WDM信道のぶみちすう 单信どう传输そくりつ 传输距离
2009 おもね尔卡とくろう[2] 15.5 Tbit/s 155 100 Gbit/s 7000 km
2010 NTT[3] 69.1 Tbit/s 432 171 Gbit/s 240 km
2011 NEC[4] 101.7 Tbit/s 370 273 Gbit/s 165 km
2011 卡尔斯鲁やく理工りこう学院がくいん[5] 26 Tbit/s >300 50 km
2016 英国えいこく电信华为[6] 5.6 Tbit/s
28 200Gb/s circa 140 km ?
2016 贝尔实验しつとくこく电信T-Labs慕尼くろこう业大がく[7]だい一个接近香农理论极限的成果) 1 Tbit/s
1 1Tb/s
2016 诺基亚网络[8] 65 Tbit/s
6600 Km
2017 英国えいこく电信华为[9] 11.2 Tbit/s
28 400 Gb/s 250 Km

とく种光纤

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以下いか总结りょう目前もくぜん使用しようしょうこう纤等とく种光纤进ぎょうそらぶん复用完成かんせいてき研究けんきゅう成果せいか

とし つくえ けい统传输速りつ しき数量すうりょう 纤芯数量すうりょう 单芯WDM信道のぶみちすう 单信どう传输そくりつ 传输距离
2011 NICT[4] 109.2 Tbit/s 7
2012 NEC, かん公司こうし[10] 1.05 Pbit/s 12 52.4 km
2013 みなみあんひろし顿大がく[11] 73.7 Tbit/s 1 (そらしんこう纤) 3x96(しきDM)[12] 256 Gb/s 310 m
2014 むぎわざ术大がく[13] 43 Tbit/s 7 1045 km
2014 もぐさおんとく霍芬理工りこう大学だいがく中佛ちゅうふつ罗里达大がく[14] 255 Tbit/s 7 50 ~728 Gb/s 1 km
2015 NICT住友すみとも电气かずRAM光子こうし[15] 2.15 Pbit/s 22 402 (C+Lなみだん) 243 Gb/s 31 km
2017 NTT[16] 1 Pbit/s 单模 32 46 680 Gb/s 205.6 Km
2017 KDDI住友すみとも电气[17] 10.16 Pbit/s 6 19 739 (C+Lなみだん) 120 Gb/s 11.3 Km
2018 NICT[18] 159 Tbit/s 3 1 348 414 Gb/s 1045 km

訊號しょく

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たい於現だいてき玻璃はりこう纖而ごとさい嚴重げんじゅうてき問題もんだいなみ訊號てきおとろえげん,而是いろ問題もんだい,也就訊號ざいひかり纖內でん輸一段距離後逐漸擴散重疊,使つかいとく接收せっしゅうはしなん以判べつ訊號てきだかあるひく造成ぞうせいこう纖內しょくてき成因せいいん很多。以模たいしょくためたとえ,訊號てきよこ(transverse mode)じく速度そくど(axial speed)一致導致色散,這也げんせいりょうこう纖的應用おうようざいたんこう纖中,かたぎたいあいだてきしょく以被あつそもそもとく很低。

ただしざいたんこう纖中いちよう有色ゆうしょく問題もんだい通常つうじょうしょうためぐんそくしょく(group-velocity dispersion),起因きいんたい不同ふどう波長はちょうてき入射にゅうしゃ光波こうは而言,玻璃はりてきおりしゃりつりゃくゆう不同ふどう,而光げんしょ發射はっしゃてき光波こうは不可能ふかのうぼつゆうしきてき分布ぶんぷ,這也造成ぞうせいりょう光波こうはざいひかり纖內部會ぶかいいんため波長はちょうてき些微差異さい而有不同ふどうてきおり行為こうい。另外一種在單模光纖中常見的色散稱為へん态色(polarization mode dispersion),起因きいんたんこう纖內雖然一次只能容納一個橫模的光波,ただし這個よこてき光波こうは卻可以有兩個りゃんこ方向ほうこうてきへん(polarization),而光纖內てきにんなに結構けっこう缺陷けっかんあずか變形へんけい可能かのうゆずる兩個りゃんこへん振方ふりかたむこうてき光波こうはさんせい一樣的傳遞速度,這又しょうためこう纖的そうおりしゃ現象げんしょう(fiber birefringence)。這個現象げんしょう透過とうかへん保持ほじこう(polarization-maintaining optical fiber)抑制よくせい

訊號おとろえげん

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訊號ざいひかり纖內おとろえげん造成ぞうせいこう大器たいきなりためこう纖通訊系統けいとうしょ必需ひつじゅてきもとけん光波こうはざいひかり纖內おとろえげんてき主因しゅいんゆう物質ぶっしつ吸收きゅうしゅうみず(Rayleigh scattering)、よね(Mie scattering)以及連接れんせつ造成ぞうせいてき損失そんしつ。雖然石英せきえいてき吸收きゅうしゅう係數けいすうただゆう0.03dBでしべる/km,ただしこう纖內てきざつしつ仍然かいゆずる吸收きゅうしゅう係數けいすうへんだい。其他造成ぞうせい訊號おとろえげんてき原因げんいんかえ包括ほうかつ應力おうりょくたいひかり造成ぞうせいてき變形へんけいひかり密度みつどてき微小びしょう擾動,ある接合せつごうてき技術ぎじゅつ仍有まちきょう

訊號再生さいせい

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現代げんだいてきひかり纖通訊系統けいとういんため引進りょう很多しん技術ぎじゅつくだてい訊號おとろえげんてき程度ていどいん此訊ごう再生さいせいただ需要じゅようよう距離きょりすう百公里遠的通訊系統中。這使とくこう纖通訊系統けいとうてきけんおけ費用ひようあずか維運成本なりもと大幅おおはばくだてい特別とくべつたい於越ようてき海底かいていこう纖而ごと中繼ちゅうけいてき穩定往往おうおう維護成本なりもときょだかしたてき主因しゅいん。這些突破とっぱたい於控せい系統的けいとうてきしょく也有やゆう很大てきじょえきそく以降いこうていいろ造成ぞうせいてきせんせい現象げんしょう。此外,ひかり也是另外一項可以大幅降低長距離通訊系統中色散的關鍵技術。

最後さいごいちさとこう纖網

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雖然こう纖網享有きょうゆうだか容量ようりょうてき優勢ゆうせいただしざい達成たっせい普及ふきゅうてき目標もくひょう,也就ひかり纖到户」(Fiber To The Home, FTTH)以及「最後さいごいち」(last mile)てきもう佈建じょう仍然ゆう很多困難こんなんまち克服こくふくしか而,ずいちょもうしきひろしてき需求ぞうやめけいゆう越來ごえくえつ國家こっか逐漸達成たっせい這個目的もくてき。以韓國かんこくためれいひかり纖網系統けいとうやめけい開始かいしだい使用しようどうせんてきすうよう迴路系統けいとう

あずか傳統でんとうどおり系統けいとうてき比較ひかく

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たい於某どおり系統けいとう而言,使用しよう傳統でんとうてきどうともづな作為さくいでん輸介しつ較好,ある使用しようひかり較佳,ゆういくこう考量こうりょうてき重點じゅうてんひかり通常つうじょうよう於高しきひろし以及長距離ちょうきょりてき應用おうよういんため具有ぐゆうてい損耗そんこうこう容量ようりょう,以及需要じゅようふとおお中繼ちゅうけいとうゆうてんひかり另外一項重要的優點是即使跨越長距離的數條光纖並列,ひかり纖與こう纖之あいだ也不かいさんせいくし(cross-talk)てき擾,這和でん輸電訊號てきつて輸線(transmission line)せいこう相反あいはん

たい於短距離きょりあずかていしきひろしてきどおり應用おうよう而言,使用しようでん訊號てきつて輸有れつこうしょ

  • 較低てきけんおけ費用ひよう
  • くみそう容易ようい
  • 利用りよう電力でんりょく系統けいとうでん遞資訊

いんため這些こうしょ所以ゆえんざい很短てき距離きょりでん輸資訊,れい如主あいだ電路でんろばんあいだ,甚至せきたい電路でんろあきらへんあいだ通常つうじょうかえ使用しようでん訊號でん輸。しか而目ぜん也有やゆう些還ざい實驗じっけん階段かいだんてき系統けいとうやめけいあらため採光さいこう來傳らいでん遞資訊。

ざいぼう些低しきひろしてき場合ばあいひかり纖通訊仍しかゆう獨特どくとくてき優勢ゆうせい

  • のう抵抗ていこう電磁でんじ(EMI),包括ほうかつかく造成ぞうせいてき電磁でんじみゃく衝。(ひかり纖可能會のうかい毀於αあるふぁあるβべーたせん
  • たいでん訊號てき阻抗きょくだか所以ゆえんのう在高ありだか電壓でんあつある地面じめん電位でんい不同ふどうてき狀況じょうきょう安全あんぜん工作こうさく
  • 重量じゅうりょう較輕,這在ちゅう特別とくべつ重要じゅうよう
  • かいさんせい火花ひばなざいぼう些易もえてき環境かんきょうちゅうあらわどく重要じゅうよう
  • ぼつゆう電磁でんじ輻射ふくしゃ不易ふえき竊聽,たい需要じゅよう高度こうど安全あんぜんてき系統けいとう而言じゅうふん重要じゅうよう
  • せんみちしょうとうにょうせんてきみちきりせいへんどく重要じゅうよう

現行げんこう技術ぎじゅつ標準ひょうじゅん

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ためりょうのうゆずる不同ふどうてきひかり纖通訊設備せつび製造せいぞうしょうあいだゆう共通きょうつうてき標準ひょうじゅん國際こくさい電信でんしん聯盟れんめい(International Telecommunications Union, ITU)制定せいていりょうすうあずかひかり纖通訊相關そうかんてき標準ひょうじゅん包括ほうかつ

  • ITU-T G.651, よう于光せっにゅう网的50/125 µm渐变おりしゃりつこう纤和こう缆的特性とくせい
  • ITU-T G.652, 单模こう纤和こう缆的特性とくせい
  • ITU-T 6.653, いろうつりてき单模こう纤和こう缆的特性とくせい
  • ITU-T 6.654, 截止うつりてき单模こう纤和こう缆的特性とくせい
  • ITU-T 6.655, れいしょくうつりてきこう纤和こう缆的特性とくせい
  • ITU-T 6.656, 宽带こう传输れいしょくてきひかり纤和こう缆的特性とくせい
  • ITU-T 6.657, よう于接にゅう网的弯曲损耗不敏ふびんかんてきひかり纤和こう缆的特性とくせい

其他せき於光纖通訊的標準ひょうじゅんそく規定きていりょう發射はっしゃあずか接收せっしゅうはしあるでん輸介しつてき規格きかく包括ほうかつりょう

此外,ざいすうおんこうてき領域りょういきちゅう也有やゆう利用りようこう纖傳遞資訊的規格きかく就是ゆかり日本にっぽん東芝とうしば(Toshiba)しょ制定せいていてきTOSLINK規格きかく採用さいよう塑膠こう(plastic optical fiber, POF)作為さくい媒介ばいかい系統けいとうちゅう包含ほうがんいち採用さいようべにこうLEDてき發射はっしゃ以及整合せいごうりょうこう偵測あずか大器たいき電路でんろてき接收せっしゅう

まいり

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參考さんこう資料しりょう

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外部がいぶ連結れんけつ

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