1.1 光纖通信的基本概念

1.1.1 引言

利用光導纖維傳輸光波信號的通信方式稱為光纖通信。

光波屬于電磁波的范疇，按照波長的不同（或頻率的不同），電磁波的種類不同，可分為若干種，具體名稱如圖1-1所示。其中，屬于光波范疇之內的電磁波主要包括紫外線、可見光和紅外線。

目前光纖通信的實用工作波長在近紅外區，即0.8～1.8μm的波長區，對應的頻率為167～375THz。

光導纖維（簡稱為光纖）本身是一種介質，目前實用通信光纖的基礎材料是SiO2，因此它屬于介質光波導的范疇。對于SiO2光纖，在上述波長區內的3個低損耗窗口，是目前光纖通信的使用工作波長，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。

1.1.2 光纖通信系統的基本組成

根據不同的用戶要求、不同的業務種類以及不同階段的技術水平，光纖通信系統的形式可多種多樣。

目前采用比較多的系統形式是強度調制/直接檢波（IM/DD）的光纖數字通信系統。該系統主要由光發射機、光纖、光接收機以及長途干線上必須設置的光中繼器組成，如圖1-2所示。

在點到點的光纖通信系統中，信號的傳輸過程如下。

由電發射機輸出的脈沖調制信號送入光發射機，光發射機的主要作用是將電信號轉換成光信號耦合進光纖，因此光發射機中的重要器件是能夠完成電—光轉換功能的半導體光源。目前主要采用單色性、方向性和相干性極強的半導體激光器（LD）。

通信系統的線路目前主要采用由單模光纖制成的不同結構形式的光纜，這是因為其具有較好的傳輸特性。

光接收機的主要作用是將通過光纖傳送過來的光信號轉換成電信號，然后經過對電信號的處理，使其恢復為原來的脈沖調制信號送入電接收機。可見光接收機中的重要器件是能夠完成光—電轉換功能的光電檢測器。目前主要采用光—電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD）。

為了保證通信質量，在收發端機之間適當距離上必須設有光中繼器。光纖通信中光中繼器的主要形式有兩種，一種是采用光—電—光轉換形式的中繼器，其可提供電層面上的信號放大、整形和定時提取功能；另外一種是可在光層面上直接進行光信號放大的光放大器，但其并不具備波形整形和定時信號提取功能。

以上介紹的是目前采用比較多的一種系統構建形式，隨著光通信技術的不斷發展，一些新的光通信系統不斷涌現，例如波分復用光通信系統、光孤子光通信系統等。

1.1.3 光纖通信的優越性

光纖通信技術從20世紀70年代初到現在，之所以能夠得到迅速的發展，主要是由其無比優越的特性決定的，具體包括以下幾點。

（1）傳輸頻帶寬，通信容量大

通信容量和載波頻率成正比，通過提高載波頻率可以達到擴大通信容量的目的。光波的頻率要比無線通信的頻率高很多，因此其通信容量也要增大很多。

光纖通信的工作頻率為1012～1016Hz，如設一個話路的頻帶為4kHz，則在一對光纖上可傳輸10億路以上的電話。目前采用的單模光纖的帶寬極寬，因此用單模光纖傳輸光載頻信號可獲得極大的通信容量。

（2）傳輸損耗小，中繼距離長。

傳輸距離和線路上的傳輸損耗成反比，即傳輸損耗越小，則中繼距離就越長。目前，SiO2光纖線路如工作在1.55μm波長時，傳輸損耗可低于0.2dB/km，系統最大中繼距離可達200km，在采用光放大器實現中繼放大的系統中，無電再生最大中繼距離可達600km以上。這樣在保證傳輸質量的條件下，長途干線上無電中繼的距離就越長，則中繼站的數目就可以越少，這對于提高通信的可靠性和穩定性具有特別重要的意義。

（3）抗電磁干擾的能力強

由于光纖通信采用介質波導來傳輸信號，而且光信號又是集中在纖芯中傳輸的，因此光纖通信具有很強的抗干擾能力，而且保密性也好。

另外，光纖線徑細、重量輕，而且制作光纖的資源豐富。

光纖通信由于具有以上優越性，因此發展速度非常快，在21世紀的信息社會中，占有非常重要的地位。