在过去10年间，光纤电信技术得到了迅速发展，并戒为现在电信领域中应用的一种主要方法。光波导的应用已从大容量长距离干线业务扩大到直接连结用户的远距离地方网络。
10年前，光纤传输依靠多模光波导和短波长光学装置，主要用于短距离业务区域。
为了提高传输容量和系统的机动性，改善成本因素，扩大光纤电信业务的机会，近来研究了单模光波导、长波长光学装置和其他各种有关技术。
19 81年，32兆比/秒（106比/秒）和100兆比/秒光纤数据传输系统已进入日本商务。1983年，采用了400兆比/秒传输系统，1987年，16亿比/秒容量传输系统开始了商业运转。
这作系统都是以应用发光强度调制和直接检波的非相干光波传输技术为基础。为了达到较高的容量和较长的中继间隔，研究与发展工作对这些系统进行了不断改进。
光波和无线电波都是电磁波。半导体激光器的最新改进，特别是光谱单色性的改进，导致研究与发展试图在非相干光波传输上达到可同有效使用无线电的电信业务媲美的高质量先进电信业务。
本文将叙述日本光纤通信技术的最新发展，包括相干光波传输和光放大。
光波传输的研究与发展趋势
光学传输技术对未来电信的影响可分为三部分：传输速度、传输距离和光频多路传输。
传输速度的增加意味着使用单光纤就能传输较大容量的信息，传输距离的增加意味着在终端之间没有中继器也能增加光波导传输信息的长度。
为这些目的而发展起来的一些技术将对大容量高速传输系统的经济可行性产生直接影响。
光频多路传输将增加纤维的光频传导数目，因而成比例地增加传输容量。
在下文中我们将看到一些最先进的光学传输技术，主要集中于光外差检波和零差检波；正在为增加传输距离和速度而研制的光放大器；用于增加光频数的光频划分多路传输。
光外差检波和零差检波
在直接检波法中，长距离传输时减弱的光信号被光电探测器直接转换成电信号，然后被电子组件放大。这些转换和放大处理促使信 - 噪比减小。
另一方面，在光外差检波法中，传输后的弱光信号是附加在局部发生信号（局部光）上的，而合成信号被具有平方律特性的光电探测器转换成电信号。因此，得到的电信号是一种拍信号，即频差光信号和局部发生光信号，其强度是这两种信号光强度的积。这就是说增加局部发生信号的光强，就可以增加检波信号的功率。
在零差检波法中，光载波信号和局部发生光信号的相位必须同步。
虽然直接检波法仅产生接收光信号的强度变化，但光外差检波法或零差检波法则因检波拍信号的频率变化或相角变化而产生接收光信号的频率变化或相角变化。
光外差检波法和直接检波法有所不同，前者能用振幅（自动定位）、相位（相位键控）和频率（移频键控）处理调制信号，相位键控调制或移频键控调制可提供优于自动定位调制的接收灵敏度。特别值得注意的是仅仅由于在微小范围内半导体激光器的偏流变化而完成移频键控调制的事实。
除中频带信号处理能力与光外差检波法不同外，光零差检波法具有同光外差检波法完全一样的特性，而且优点多于光外差检波法，其接收线路的频带宽可减至光外差检波法频带宽的一半左右。
全国电话电报公司的一些试验室对移频键控调制法（数字信号光频调制）和光外差检波法进行了联合试验，而且在没有中继器的情况下取得了成功，在400兆比/秒时光信号传输距离超过290公里在20亿比/秒时超过200公里，在40亿比/秒时超过200公里。
照片（略）中显示了正在进行的长距离光波导传输试验，为了试验上的目的，研制了用于直接调频调制的具扁平调频调制特性和光谱宽不超过5兆赫的多电极分配反馈型激光器。
另外，发展了适合于通过光波导传输时有极化变化的光高灵敏度光外差检波的重量极化分集技术。
光频划分多路传输
2—4信道的光多路传输系统已投入商业应用。就具有几个信道的传输系统而言，利用介质多层薄膜滤波器和衍射光栅就能研制出分支滤波器，而信道间隔不需要像无线电通信那样窄。在这些系统中，信道间隔和其他参数均按波长适当表示，这种系统被叫做光波长划分多路传输。
如果像在无线电通信中那样信道间隔是信道宽的阶，那么分支滤波器几乎就和在微波或毫米波中的方式一样必须在光波区内运行。因此，系统设计需要用无线电频率划分多路传输一样的方法进行处理，这种传输方式适合于按频率表示的信道间隔。根据这个道理，这种系统可叫做光频划分多路传输。
为了用窄间隔频率分离光信号，可适当使用光外差检波法，但我们认为应研究在光谱中起作用的振铃滤波法，因为这种方法为光频划分多路传输的应用开辟了新机会。
虽然适合于微波长和毫米波长的周期分支滤波器和振铃共振器已经得到应用，但也应研制适合于光波导应用的类似滤波器和共振器。
全国电话电报公司的一些试验室已开始研制适合于光线路应用的波导型环状分支滤波器，这种滤波器可通过具有不同周期的若干滤波器的级联把不同频率的光波联合起来或者使之分离。
用窄信道间隔处理光频划分多路传输的光信号时，如果光源的频率变化很大，那么毗邻信道间的互调就会发生。这就需要开发一种在发生窄间隔的不同波长时能保证光源频率稳定性的技术。
全国电话电报公司的研究人员成功地研制出能发生频率划分小于几十兆赫、信道多于16道的多信道光源。应用这种技术，激光器的
温度应变降至1/100℃，并通过保持信道频率差常数的光滤波器对输出光的频率变化进行监控。
当窄信道间隔的大量光波通过单光纤时，由于四波混合之类的非线性效应而产生干扰。
为了避免光频划分多路传输的光非线性效应，优化信道排列，应把光纤结构作为研究主题。有些试验室正用16信道频率划分多路传输业务（频率间隔=50亿赫或波长0.04亳微米；600兆比/秒/信道）对许多用户进行试验。在这种试验中，用光调谐器选择视线距离内所需的频率。迄今为止，试验研究已证明使用几十至一百信道进行光频划分多路传输是可行的。
光放大
超短光脉冲传输还有许多问题要解决，这种传输需要能在宽频带宽度上发生单色频率的光源。
只考虑放大（它是最基本的传输功能之一）时，研究工作不仅必须集中在用宽带电子放大器增加光电探测器输出信号的传统方法上，而且必须集中在用光放大器直接放大光信号的新方法上。
当能够用传统电子电路处理的最大带宽是100亿赫的阶时，像量子波器件这一类的新器件必须使用较宽频带宽度。另一方面，直接光放大很容易用几百亿赫一样的宽频宽度处理。
有效光放大器包括使用普通纤维（稀土掺杂纤维）的喇曼放大器和半导体激光放大器。这些放大器都有其自身的特性和各自的适当用途。
近来，全国电话电报试验室应用饵掺杂单模式光纤对已取得重大成功的行波型光放大器进行了试验。这种放大器可以方便地连结在用作传输线的单模式光纤电缆上，不仅可以用作功率放大器，而且可以用作前置放大器。当把半导体激光器用作泵光源时，发射机和接收机增益应大于10分贝，我们使用这种光放大器证实了第一永久中继器在18亿比/秒时的传输距离稍，小于250公里（见下图），使用光放大器的电缆长度是常规强度调制和直接检波法电缆长度的两倍。光放大能提供这样大的优点，所以它的未来用途将会越来越多。
为了利用光纤非线性效应形成孤立子光波的大容量、长距离传输信息的目的，应用光纤孤立子的重大计划已着手进行。为了在相当于6，000公里距离上进行孤立子脉冲传输，美国电话电报公司进行了41.7公里的光纤环线路试验，全国电话电报公司也正在实施一些研究计划，包括用半导体激光器进行26亿赫高重复本光纤孤立子的试验。
除研究非线性脉冲传输特性外，还在开展探索高频光放大方法的研究。
信息质量对信息定向社会的进步正在产生重大影响。无差错和无干扰电信是担负这项工作的所有通讯工程师的一个目标，他们正在为这一目标进行工作。
例如，在同轴电缆传输系统中，每隔1.5公里安装像400米双通道这一类的中继器，并通过心壳导体和功率/信号分离滤波器向中继器供电。电子信号放大器可在消除有害电子电路热的情况下放大信号。
除在长距离时安装少数节点外，光电通信无需中继器。这意味着在节点上的中继器可用当地电力推动，没有必要通过传输介质传送电力和信号。结果，传输线路更稳定，不受地电位、雷击电涌和大电流电路的干扰。
在使用诸如光放大器之类先进技术的新电信系统中，由于泵光源把能量供给光纤放大器，所以光放大只能由光来实现。这种泵光源可以安装在远离光波导的位置上，这就意味着即使光电转换效率很低，也可以完全保护信号免于发热。这种光综合处理技术（例如光纤放大器）的发展，将导致信号传输和能量供给的分离，因而达到较高质量的电信网络。
光电通信的效果
在习惯于先进的数字式通信以前，公用交换网络一直在经历着模拟式通信的重大变化。电信网络数字化正在下述四个阶段上进行。
第一阶段是传输线路的数字化。数字多路传输终端的出现（这种终端比传统模拟载波广播设备经济得多），对提高长距离传输线路的容量和数字化作出了贡献。
第二阶段是高速处理机的发展，这种处理机能使转换器数字化。
第三阶段（正在进行），为了提供综合业务数字网络，正在发起包括用户线头尾连结的数字化，1988年以来这种数字化已部分商业化。
最后时刻即将到来——第四阶段——这时任何人都能在任何时间、任何地点同别人通信。我们的最终目标是创造有效的高度个人化的电信业务，我们认为在将来轻便的电信终端将会增多。
在数字化过程中，纤维光学是很重要的，正如已用作长距离中继线和用户线的大容量高速数据传输的光波导那样，它可大大降低传输费用。光学系统仅带来了这种直接利益，而且在运转和维修过程中也带来了各种直接和间接的其他利益。例如，需要作为外部设备操纵的中继器，即使安装在节点间现在也能适应终端或终端用户办公室的需要，并能方便地开展业务。
纤维光学在语言信道上的应用（目前用硬接线转换器操纵），将是今后研究的一个主要论题。
为了向大批用户提供可携带性的好处，必需利用一切射频。在分区系统中，地理区和地理区中需要射频共用，而大容量长跨度光纤系统对于地区之间的业务可能是有效的。
显然，纤维光学将是引起电信业务爆炸性发展和成长的起爆剂。
扩大眼界
光学通信技术标志着它在目前网络数字化过程中发展到充当主要角色的地步。
光学通信的研究与发展史可分为如下两个阶段。在第一阶段中，用光纤电缆作新介质传输线代替铜导体得到了发展，而且由于以极低传输损失、长波宽频带光学装置和单模式传输纤维为代表的新技术的发展，使光波导有可能以吉比特/秒左右的速度传输数据。
在第二阶段中（这个阶段刚开始），正在为提高载体光波定向质量、研制光放大器和其他光学技术开展工作，以便扩大现有纤维光学技术的基础，提供无限发展的潜力。
如果这些技术能使100亿比/秒的传输和100路光频划分多路传输变成可能，那就允许我们以1兆兆比/秒/光纤的速度发送数据，它相当于1，500万条电话信道（以64千比/秒/电话信道为基准）或相当，于20，000视频信道（以50兆比/秒/视频信道为基准）。假定我们使用电流标准管道，那么每条光纤电缆的最大光纤数目可达几千条。这个事实足以给我们留下深刻的印象：即使在传统硬件环境中光波导也具有巨大的功率。
日本在研究与发展的初期对纤维光学的发展作出了巨大贡献，并将以创造性成果继续为这个领域作出新贡献。创新性、资源丰富性和创造力将预示着纤维光学眼界的扩大。
[Science and Technology in Japan，1989年7月］