第一章光纤简介

21世纪高等学校通信类系系列教材高等学校电子信息类规划教材光纤通信刘增基周洋溢胡辽林周绮丽编著西西安电子科技大学出版社21世纪高等学校通信类系系列教材高等学校电子信息类规划教材光纤通信刘增基周洋溢胡辽林周绮丽编著西西安电子科技大学出版社第1章概论第2章光纤和光缆第3章通信用光器件第4章光端机第5章数字光纤通信系统*第6章模拟光纤通信系统第7章光纤通信新技术第8章光纤通信网络

目录1·1光纤通信发展的历史和现状1·2光纤通信的优点和应用1·3光纤通信系统的基本组成第1章概论返回主目录什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。光纤通信是人类科学技术的重大突破，光纤通信已成为现代信息社会的神经系统光纤----信息社会的标志

现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息

现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息信息指用户要求传送的语音、图像、数据以及它们的各种组合用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息

现代通信方式示意图用户终端交换设备接入网电复接设备传输系统

现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息光纤通信经过30年的技术发展目前正在淘汰着其他的有线通信方式

1.1光纤通信发展的历史和现状

1.1.1探索时期的光通信讨论光通信的几个重要时期：1、1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”，见图1。

特点:

1）没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而进展很慢。2）光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型。调制器语音电信号电/光光源光信号大气解调器受话器光/电图1“光电话”原理示图透镜振动镜片硅光电池2.1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。

激光和普通光相比：激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦—氖(He-Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质量受气候影响十分严重。固体激光器(例如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器)的发明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，但是大气激光通信的稳定性和可靠性仍然没有解决。解决方案：把激光束限制在特定的空间内传输。因而提出了透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。缺点：1）不实用，安装复杂2）深埋或在人车稀少的地区实用。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。

1.1.2现代光纤通信（解决传输媒质问题）几个重要时期1.1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。2.光纤制造方面:1970年，光纤研制取得了重大突破。在当年，美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。它的意义在于：使光纤通信可以和同轴电缆通信竞争，从而展现了光纤通信美好的前景。光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE授予的奖章光源的发展：1970年，激光器的寿命只有几个小时。到1977年可达10万小时（约11.4年）；激光器的发射波长出现了1.3um,1.55um3、由于光纤与激光器的技术进步：1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。随着时间的推移，光纤通信系统性能在传输速度和距离方面有了迅猛发展。P3———————————通信网

光纤通信器件的发展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光1880年贝尔的光电话------大气激光通信激光器(发送源）光纤(传输介质)1960Maiman发明红宝石激光器1962半导体激光器诞生(GaAs870nm)70年代室温工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD单模LD1951医用玻璃纤维(损耗1000dB/km)1966高锟理论预言1970康宁制出低损耗光纤(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发单模光纤4、自从1966年以来光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。在这个时期，实现了短波长(0.85μm)低速率(45或34Mb/s)多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长(0.85μm)发展到长波长(1.31μm和1.55μm)，实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140~565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为100~50km。第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5~10Gb/s，无中继传输距离可达150~100km。实验室可以达到更高水平。目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如，超大容量的波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)光纤通信系统和超长距离的光孤子(Soliton)通信系统，将在第7章作介绍。1970年，光纤研制取得了重大突破。在当年，美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。它的意义在于：使光纤通信可以和同轴电缆通信竞争，从而展现了光纤通信美好的前景。1972年康宁公司高纯石英多模光纤损耗4dB/km1973年贝尔(Bell)实验室2.5dB/km1974年贝尔(Bell)实验室1.1dB/km1976年日本电报电话(NTT)公司0.47dB/km1979年0.20dB/km,1984年0.157dB/km1986年0.154dB/km，接近光纤损耗的理论极限1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。当年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后突破了半导体激光器在低温(-200℃)或脉冲激励条件下工作的限制，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。

虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时(约11.4年)，完全满足实用化的要求。在这个期间，1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器，1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。

由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。

1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用，系统采用渐变型多模光纤，速率为44.7Mb/s。随后美国很快敷设了东西干线和南北干线，穿越22个州光缆总长达5×104km。1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s，传输距离为64km的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400km，初期传输速率为400Mb/s，后来扩容到1.6Gb/s。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成，全长6400km；第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成，全长13200km。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。1966年高锟提出光纤作为传输介质的概念以来，光纤通信从研究到应用，发展非常迅速：技术上不断更新换代，通信能力(传输速率和中继距离)不断提高，应用范围不断扩大。

1976年美国亚特兰大第一个实用光纤通信系统试验1986年光纤通信系统在全球广泛应用(从提出光纤作为传输介质的概念,到用广泛应用,20年时间)高锟------光纤之父

1.1.3国内外光纤通信发展的现状1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新：1）光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm，传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。2）光纤价格不断下降，应用范围不断扩大：从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网。3）从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。光纤通信系统的发展历程光纤通信追求目标:大容量、长距离技术发展：短波长-长波长、多模光纤-单模光纤、多模激光器-单模激光器通信系统容量：比特率-距离积BL，B比特率，

L中继距离每秒钟传输的比特数目。光纤通信技术的发展大体上可分为：工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模单模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm单模单模2.5Gb/s～10Gb/s100Km光纤通信技术的发展大体上可分为:（续）工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第四代90年代1550nm单模单模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（环路）1500Km光放大系统第五代1550nm单模单模波分复用WDM单路速率:40,160,640Gb/s信道数:8,16,64,128,1022超长传输距离:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究内容WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信；新型的光器件光纤通信技术的三次飞跃(1)20世纪60年代。1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。光纤通信技术的三次飞跃(2)20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。光纤通信技术的三次飞跃(3)光纤通信超高速大容量长距离网络化一根光纤中可同时传输一百多路信号，采用特殊技术甚至可以同时传输1022路单路速率不断提升，已达到10、20、40Gb/s采用OTDM技术甚至可达640Gb/s各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公里的长距离传输成为可能全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世纪的通信业务全球通信业务需求估计用户增加；每个用户的业务量增加；服务质量的提高；通信容量需求急增光纤通信最具代表性技术

－波分复用WDM和光纤放大器EDFA

40G器件关键原材料光纤预制棒网络管理系统测试设备光纤光缆光传输/交换设备光无源器件光有源器件运营商网络集成商光纤通信的产业链全球光纤通信主要供应商ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products表1.1世界成缆光纤市场销售量

年份19941995199619971998199920002001光纤销售总长度/104km18102300290034704070473055806570表1.2世界市场单模光纤平均价格

年份19941995199619971998199920002001价格/($·km-1)6867726960524644实际销售量比预测的数字还要大，到1998年底，仅单模光纤的销售量就达到4110×104km，见表1.3。随着光纤产量的增加，价格逐年下降，促进了光纤在各个领域的应用和新技术的研究，推动着光纤产业不断向前发展。表1.3世界成缆单模光纤市场销售量年份199819992000200120022003光纤销售总长度/104km411046005350623072008110光纤通信整体发展时间表1974197619781980198219841986198819901992

100000

1000010001001010.1

0.8μm多模1.3μm单模1.55μm直接检测光孤子光放大器1.55μm相干检测系统性能(Gb/s•Km）1.1.4光纤通信的发展趋势1.时分复用(TDM)方式向超高速系统发展2.波分复用(WDM)方式向密集化方向发展

3.新型光纤不断发展4．向宽带光纤接入网方向发展5．新型器件和高新技术在光纤通信系统的应用6．全光通信网络1.2光纤通信的优点和应用1.2.1光通信与电通信的比较光波与电波虽然光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。图1.12.从信息传输的角度，衡量通信系统的指标是信息传输容量和传输距离。传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。因此开拓频率更高的光波应用，就成为通信技术发展的必然。同轴电缆、波导管与光纤的损耗特性图1.2图1.1部分电磁波频谱光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300THz)比微波(波长为0.1m~1mm)的频率(3~300GHz)高3个数量级以上。T=1012微波3GHz300GHz300THz光纤通信图1.2各种传输线路的损耗特性同轴电缆：f信号增大，损耗增大；增大尺寸，损耗减少，但保持单一模式传输要求尺寸不变。光纤采用新工艺，在宽波长范围内，可获得很小的损耗。

1.2.2光纤通信的优点在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。

1.容许频带很宽，传输容量很大光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。(零色散，几十Ghz)

可以采用多种复用技术来增加传输容量。（最简单是空用直径125um)

减小光源谱线宽度和采用外调制方式，也是增加传输容量的有效方法,为了与同轴电缆通信和微波无线电通信比较，表1.4列出早已实现的单一波长光纤通信系统的传输容量和中继距离。理论上一根光纤可通上亿门话路或上万套电视图1.1部分电磁波频谱图1.1是相关的电磁波频谱。光纤通信用的近红外光(波长为0.7~1.7μm)频带宽度约为200THz，在常用的1.31μm和1.55μm两个波长窗口频带宽度在20THz以上。(0.7μm~430THz,1.7μm~180THz)由于光源和光纤特性的限制，目前，光强度调制的带宽一般只有20GHz，因此还有3个数量级以上的带宽潜力可以挖掘。表1.4光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较

通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5Gb/s和10Gb/s。采用外调制技术，传输速率可以达到40Gb/s。波分复用(WDM)和光时分复用(TDM)更是极大地增加了传输容量，见表1.５。表1.5WDM和TDM光纤通信试验系统的传输能力复用技术传输容量/Gb·s-1传输距离/km跨距/km研制单位备注WDM20×1720T&TNECTDM1602020200103

106

50140NTTNTT法Telcom单通道环测WDM最高水平为132个信道，传输容量为20Gb/s×132=2640Gb/s。

2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小石英光纤在1.31μm和1.55μm波长，传输损耗分别为0.50dB/km和0.20dB/km，甚至更低。因此，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表1.4。目前，采用外调制技术，波长为1.55μm的色散移位单模光纤通信系统，若其传输速率为2.5Gb/s，则中继距离可达150km；若其传输速率为10Gb/s，则中继距离可达100km。采用光纤放大器、色散补偿光纤，中继距离还可增加，见表1.5。而且，在表1.5中所列的中继距离下，传输的误码率极低(10-9甚至更小)。传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点，使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接入网的使用，这也是降低每公里话路的系统造价的主要原因。

3.重量轻、体积小直径125um。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。。项目8芯18芯光缆电缆光缆电缆重量/(kg·m-1)重量比0.4216.3150.4211126直径/mm截面积比211475211659.6表1.6铝/聚乙烯粘结护套(LAP)单元结构光缆和标准同轴电缆的重量和截面积的比较通信设备的重量和体积对许多领域特别是军事、航空和宇宙飞船等方面的应用，具有特别重要的意义。

在飞机上用光纤代替电缆，不仅降低了通信设备的成本，而且降低了飞机的制造成本。例如，在美国A-7飞机上，用光纤通信代替电缆通信，使飞机重量减轻27磅(约12.247kg)，相当于飞机制造成本减少27万美元。图1-2-1光纤与电话双绞线对比图

4.抗电磁干扰性能好光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤(复合)架空地线(OpticalFiberOverheadGroundWire,OPGW)是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。

5.泄漏小，保密性能好在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。保密性能好的这一特点，对军事、政治和经济都有重要的意义。

6.节约金属材料，有利于资源合理使用制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料。制造8km管中同轴电缆，1km需要120kg铜和500kg铝；而制造8km光纤只需320g石英。所以，推广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。总之，光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性，而且在经济上具有巨大的竞争能力，因此其在信息社会中将发挥越来越重要的作用。图1.3给出各种通信系统相对造价与传输容量(话路数)的关系。图1.3各种通信系统相对造价与传输容量的比较可见，随着传输容量的增加，由于采用了新的传输媒质，使得相对造价直线下降。

1.2.3光纤通信的应用光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。光纤通信的各种应用可概括如下：

①通信网，包括全球通信网(如横跨大西洋和太平洋的海底光缆和跨越欧亚大陆的洲际光缆干线)、各国的公共电信网(如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线)、各种专用通信网(如电力、铁道、国防等部门通信、指挥、调度、监控的光缆系统)、特殊通信手段(如石油、化工、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的光缆，以及飞机、军舰、潜艇、导弹和宇宙飞船内部的光缆系统)。②构成因特网的计算机局域网和广域网，如光纤以太网、路由器之间的光纤高速传输链路。③有线电视网的干线和分配网；工业电视系统，如工厂、银行、商场、交通和公安部门的监控；自动控制系统的数据传输。④综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网，可实现电话、数据、视频(会议电视、可视电话等)及多媒体业务综合接入核心网，提供各种各样的社区服务。

ATMInternet骨干网DDN/FRPSTN/ISDNTV业务分配节点(COT)业务接入节点（RT）网管SNMP与电信网管中心相连Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构典型应用之二：作为校园网的骨干传输网1.3光纤通信系统的基本组成

光纤通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。用户要传输的信息多种多样，一般有话音、图像、数据或多媒体信息。图1.4示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。光纤系统的实物flash

图1.4光纤通信系统的基本组成(单向传输)光中继

数字光纤通信系统的组成由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。光源调制器驱动电路光发射机放大器光电二极管判决器光接收机光纤光纤中继器基本光纤传输系统的三个组成部分1、光发送机组成框图：

光源调制器通道耦合器电信号输入光输出驱动电路结构参数：发送功率，dbm概念光源光谱特性：输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长电信号对光的调制的实现方式

直接调制用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。

外调制把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。

图1.5两种调制方案(a)直接调制；(b)间接调制(外调制)2.光纤线路

功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机

组成:光纤、光纤接头和光纤连接器

低损耗“窗口”：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很小的波长“窗口”，见后图。

光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。目前在实验室条件下，1.55μm的损耗已达到0.154dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰减（dB/km）第一窗口第二窗口波长——λ（μm）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段光纤的研究光纤：将光信号从光发射机无失真地传送到光接收机。基本特性参数：损耗（dB/km）：直接影响通信距离。色散（ps/nm.km）：将引起光脉冲信号展宽和码间串扰，影响通信距离和容量。为实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗和低色散特性。3、光接收机功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号组成部分：耦合器，光电检测器，解调器组成框图：电子电路光输入耦合器光电检测器解调器电信号输出结构参数：接收机灵敏度，定为BER≤10-9条件下，所要求的最小平无接收功率。检测方式：直接检测和外差检测

1.3.3数字通信系统和模拟通信系统数字通信系统用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；

模拟通信系统则用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。这种基本特征决定着两种通信方式的优缺点和不同时期的发展趋势。基带光纤电视传输系统演示数字通信系统的优点如下：①抗干扰能力强，传输质量好。②可以用再生中继，传输距离长。③适用各种业务的传输，灵活性大。④容易实现高强度的保密通信。⑤数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。

模拟通信系统的优点占用带宽较窄外，电路简单易于实现、价格便宜等。1.4光纤通信要解决的基本问题

从信息传输的角度，人们希望光纤通信系统能将频带尽可能宽的信号以尽可能低的成本传输到尽可能远的地方。为了实现这个目的，根据光纤传输系统的组成，在传输领域，光纤通信要解决光纤线路问题及基于光纤传输的光发射及光检测问题。1．光纤线路问题

光纤线路是传输光信号的通道，与之相关的问题很多，具体有以下一些技术问题：（1）光纤的设计与制造问题。从通信的角度，作为传输介质的光纤的通信频带应尽可能宽，对光信号的损耗尽可能小，对光信号的的畸变也应尽可能小，并且机械性能能满足实际工程使用要求。这就要解决光纤的材料问题、光纤的结构设计问题及光纤的制造问题。为充分利用密集波分复用通信技术挖掘光纤的带宽资源，还必须根据密集波分复用通信的特点来设计光纤，研制开发适合不同需求的新型光纤。（2）光信号的放大问题。由于光纤对信号的衰减总是存在的，在光纤的传输线路中就需要解决光信号的放大问题，在密集波分复用通信中要求光放大器有足够的带宽，并且在带宽范围内增益要足够平坦。（3）光信号码型的控制问题。由于光纤的色散和非线性，对信号的畸变总是存在的，在光纤的传输线路中就需要解决光信号码型的问题。（4）光通道中噪声的抑制问题。在光纤线路中，由于多种因素的影响，有可能出现信道噪声，为抑制信道噪声，需解决信道的滤波问题。（5）光通道中反向噪声的隔离问题。在光传输信道中，器件的连接、耦合及非线性等因素都可能引起与光传输方向相反方向的反向噪声，这种噪声会干扰激光器及光放大器等有源光器件的