1.1 光纤通信的基本概念

1.1.1 引言

利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。

光波属于电磁波的范畴，按照波长的不同（或频率的不同），电磁波的种类不同，可分为若干种，具体名称如图1-1所示。其中，属于光波范畴之内的电磁波主要包括紫外线、可见光和红外线。

目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8～1.8μm的波长区，对应的频率为167～375THz。

光导纤维（简称为光纤）本身是一种介质，目前实用通信光纤的基础材料是SiO2，因此它属于介质光波导的范畴。对于SiO2光纤，在上述波长区内的3个低损耗窗口，是目前光纤通信的使用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。

1.1.2 光纤通信系统的基本组成

根据不同的用户要求、不同的业务种类以及不同阶段的技术水平，光纤通信系统的形式可多种多样。

目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成，如图1-2所示。

在点到点的光纤通信系统中，信号的传输过程如下。

由电发射机输出的脉冲调制信号送入光发射机，光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤，因此光发射机中的重要器件是能够完成电—光转换功能的半导体光源。目前主要采用单色性、方向性和相干性极强的半导体激光器（LD）。

通信系统的线路目前主要采用由单模光纤制成的不同结构形式的光缆，这是因为其具有较好的传输特性。

光接收机的主要作用是将通过光纤传送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理，使其恢复为原来的脉冲调制信号送入电接收机。可见光接收机中的重要器件是能够完成光—电转换功能的光电检测器。目前主要采用光—电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。

为了保证通信质量，在收发端机之间适当距离上必须设有光中继器。光纤通信中光中继器的主要形式有两种，一种是采用光—电—光转换形式的中继器，其可提供电层面上的信号放大、整形和定时提取功能；另外一种是可在光层面上直接进行光信号放大的光放大器，但其并不具备波形整形和定时信号提取功能。

以上介绍的是目前采用比较多的一种系统构建形式，随着光通信技术的不断发展，一些新的光通信系统不断涌现，例如波分复用光通信系统、光孤子光通信系统等。

1.1.3 光纤通信的优越性

光纤通信技术从20世纪70年代初到现在，之所以能够得到迅速的发展，主要是由其无比优越的特性决定的，具体包括以下几点。

（1）传输频带宽，通信容量大

通信容量和载波频率成正比，通过提高载波频率可以达到扩大通信容量的目的。光波的频率要比无线通信的频率高很多，因此其通信容量也要增大很多。

光纤通信的工作频率为1012～1016Hz，如设一个话路的频带为4kHz，则在一对光纤上可传输10亿路以上的电话。目前采用的单模光纤的带宽极宽，因此用单模光纤传输光载频信号可获得极大的通信容量。

（2）传输损耗小，中继距离长。

传输距离和线路上的传输损耗成反比，即传输损耗越小，则中继距离就越长。目前，SiO2光纤线路如工作在1.55μm波长时，传输损耗可低于0.2dB/km，系统最大中继距离可达200km，在采用光放大器实现中继放大的系统中，无电再生最大中继距离可达600km以上。这样在保证传输质量的条件下，长途干线上无电中继的距离就越长，则中继站的数目就可以越少，这对于提高通信的可靠性和稳定性具有特别重要的意义。

（3）抗电磁干扰的能力强

由于光纤通信采用介质波导来传输信号，而且光信号又是集中在纤芯中传输的，因此光纤通信具有很强的抗干扰能力，而且保密性也好。

另外，光纤线径细、重量轻，而且制作光纤的资源丰富。

光纤通信由于具有以上优越性，因此发展速度非常快，在21世纪的信息社会中，占有非常重要的地位。