光纤技术在信息工程中的应用与发展分析

光纤技术在信息工程中的应用与发展分析

胡昕强

身份证号：4304231974****0912

摘要：现代信息技术发展分三个阶段：计算机、通讯、传感。光纤以优秀的性能成为现代信息技术的最理想的材料，得到了充分的发展。伴随光纤技术的出现与信息技术在通讯技术阶段的快速发展。目前，光纤技术不仅广泛应用于光纤通讯领域，还广泛应用于传感领域，未来的光子计算机也是值得期待的光纤技术应用场景。本文扼要的分析了光纤技术应用于信息领域的特点与发展前景。

关键词：光纤通信；光纤传感；信息论；光子计算机；光孤子通信；全光网络

前言：信息科学是一门边缘性新学科。现代信息技术发展分三个阶段，分别是：计算机技术、通讯技术、传感技术，以人为生物原型，这等同于人的大脑、神经网络、感觉器官。信息科学主要是研究提高人类认识世界和改造世界的能力，在安全问题的研究中也有着重要应用。

光纤技术不仅包括光导纤维本身设计与制程的技术，还包括与光纤协同的其它相关技术，比如：半导体激光器。自1977年，世界上第一条光纤通信系统投入商用以来，光纤应用技术已经出现在人们生活中40年。近年来光纤传感技术也得到发展，在各个领域都得到研究与应用，推动着传感技术蓬勃发展。

1光纤技术应用于通讯技术

1.1特点

信息传输容量较大：光纤通信可在同等单位时间内负载更多信息量。

信息传播损耗率较低：相比传统技术，光纤通信能所跨越的无中继距离范围更大，且传播过程中损耗较低。

较强的电磁抗干扰性：由于光纤通信技术主要材料为绝缘性能较高的石英，该材质不仅质量更轻，且体积更小抗电磁干扰性更高。

串音小且保密性强：光纤通信技术可完整的传递通信信号，信号传递时遗漏的射线可经由包过光纤的包皮所吸收，且光纤信号传递模式为光弧。

1.2光纤通信的应用现状分析

电力系统中的应用

光纤可铺设与高压线路之中，从而形成智能化供电网络。不仅有效的控制了投资成本，还有效的提升了电网的安全稳定性。从目前看，OPGW技术多用于35kv电力系统中。该技术安装简便且功能较为完善，是输电技术与光纤通信技术合成的新技术。

广电传媒行业中的应用

图像与声音传输是广电传媒通信的核心，为保证电视或无线接收终端的音画质量，必须保证信号传递的稳定性与传播速度。目前，光纤已成为广电领域的主要载体，媒体单位已建成较为完整的光纤通信网络系统。

军事领域中的应用

现代化军事强国离不开信息技术的支撑，光纤通信技术因信息容量大且抗干扰能力强、保密性好等优势而被军事领域所推广。在实际应用中，稳定、安全、可靠等优势是其他通信手段无法替代的。

交通领域中的应用

目前高速公路及城市路网管理已朝向图像、语音及数据等方向发展。日益完善的通信系统已成为路网建设和管理的重要途径和手段。在高速公路与智能交通建设中，光纤通信已成为日常管理和联网收费的技术基础。

2光纤技术应用于光纤传感

2.1技术特点

敏感元件按照传感器设计的变化规律，外部物理参量使光纤中传输的光波的物理特征参量产生变化，如强度（功率）、波长、频率、相位和偏振态等发生变化。通过测量光参量的变化即“感知”外界物理参量的变化。这种“感知”实质上是外界物理参量对光纤中传播的光波实时调制。将物理参量的变化信息从光波参数变化中提取出来，并进行数据处理与解析，这也就是我们通常所说的传感信息解调。信息调制（传感器）是指外界物理参量信号（被测量）对传感光纤（敏感元件）中光波参量进行调制的部位称为传感器。根据传感器与光纤的关系，可将调制分为两大类：

一类为功能型调制（FunctionalFiber，简称FF型）。比如：拉曼测温传感光纤、布里渊传感光纤、光纤光栅......等等。

一类为非功能型调制NonFunctionalFiber，简称NFF）。比如：FP腔传感器、晶体传感器。

由于现有的任何一种光探测器都只能响应光的强度，而不能直接响应光的频率、波长、相位、和偏振调制信号都要通过某种转换技术转换成强度信号，才能为光探测器接收，实现检测。

2.2光纤技术应用于传感的现状分析

光纤技术在结构检测中的应用

在土木结构工程项目中，将光纤传感器直接埋入混凝土结构内或安装在其表面，可以检测应力、挠度、弯曲以及应力和应变等。桥梁检测是典型的土木结构工程，在桥梁健康监测中，光纤传感技术应用十分广泛。

光纤传感技术在军事上的应用

光纤传感技术在军事上同样应用广泛。光纤陀螺仪经过30多年的发展，已经广泛应用与民航机，无人机，导弹的定位和控制中。光纤水听器可以用于船舶军舰收集声音，探测越来越先进的潜艇。且近几年来，基于光纤传感技术的光纤网络安全警戒系统开始在边防及重点区域防卫中得到推广应用。目前，世界上发达国家使用的安全防卫系统就是基于分布式光纤传感网络系统的安全防卫技术。

光纤传感还应用于：石油和天然气、航空航天、交通运输、铁路监控、生物医学。

3光纤技术发展趋势分析

3.1光纤技术在通讯领域的发展趋势

波分复用系统（WDM）得以快速发展，其传输速度与容量之间存在一定的矛盾，但世界范围内的10Gbps系统对光缆急速化较敏感，无法真正满足光缆铺设所需，因此光纤复用式将是未来发展的主要趋势。

光弧子是光纤反常色散区内的超短光脉冲。光弧子为载体的通信——光弧子通信发展前景广阔，其信息传播速率可达100Gbit/s以上。而在传输距离上，光弧子技术可将传输距离提升至10万km。同时，该技术还可应用于海底光纤通信等全光通信之中。

从未来发展趋势来看，全光网络是光纤发展的理想水平。该技术实现了光节点的全替代。

该技术已成为通信领域中的重要课题。

3.2光纤技术在传感领域的发展趋势

目前，主要有以下三类传感器的到了充分的发展与应用：

光纤光栅传感器：光纤光栅具有灵敏度高、分布式、测点多、可靠性好等特点，在一根光纤内可串接实现多点测量。满足“智能结构”对传感器分布式测量的要求，可对大型构件进行实时、远程安全监测。

偏振相位传感器：作为光纤技术中光波相位、频移物理特征参量信息的调制与解调，是光纤传感的重要实现手段，将在角速度、电流、声学、振动等领域取得广泛的应用。

分布式光纤传感系统：分布式光纤传感系统是根据沿线光波分布参量，同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量的分布信息，可以实现长距离、大范围的连续、长期传感。

3.3光纤技术在光子计算机领域的发展趋势

光子计算机是一种基于光纤技术发展起来的新型计算机，由光信号进行运算、操作、存贮和处理的新型计算机。它以光子代替电子，光运算代替电运算。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。在不久的将来，光子计算机将成为人类普遍的工具。

结束语：

总之，随着经济与科技水平的提升，我国光纤技术发展步入了快车道。光纤技术在信息技术中的应用与发展，已在经济建设和国民生活中产生了积极的推动作用。由于我们当前处于信息工业时代，未来任何行业的发展将依赖信息技术的支持程度。因此，我们有必要加快光纤技术在信息技术发展中的应用研究，使其向着系统、便捷的方向发展，更好的服务于日常生活所需。同时，光纤技术的发展也将是智能化、信息化时代的重要技术力量。

参考文献：

[1]王涛，冯昀，杨军.数字光纤通信设备的应用于维护[J].中国新通信，2017，19（09）.

[2]蔚斌，冀巍.数字光纤通信设备的应用与维护[J].科技传播，2012，（04）.