光纤通信

光纤通信简介

　　光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

光纤通信百科

　　光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

　　专业概述

　　光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。1966年英籍华人高锟（Charles Kao）发表论文提出用石英制作玻璃丝（光纤），其损耗可达20dB/km，可实现大容量的光纤通信。当时，世界上只有少数人相信，如英国的标准电信实验室（STL）、美国的Corning玻璃公司，Bell实验室等领导。2009年高锟因发明光纤获得诺贝尔奖。1970年，Corning公司研制出损失低达20dB/km，长约30 m的石英光纤，据说花费了3000千万美元。1976年Bell实验室在华盛顿亚特兰大建立了一条实验线路，传输速率仅45Mb/s，只能传输数百路电话，而用中同轴电缆可传输1800路电话。因为当时尚无通信用的激光器，而是用发光二极管（LED）做光纤通信的光源，所以速率很低。1984年左右，通信用的半导体激光器研制成功，光纤通信的速率达到144Mb/s，可传输1920路电话。1992年一根光纤传输速率达到2.5Gb/s，相当3万余路电话。1996年，各种波长的激光器研制成功，可实现多波长多通道的光纤通信，即所谓“波分复用”（WDM）技术，也就是在1根光纤内，传输多个不同波长的光信号。于是光纤通信的传输容量倍增。在2000年，利用WDM技术，一根光纤光纤传输速率达到640Gb/s。有人对高锟1976年发明了光纤，而2010年才获得诺贝尔奖有很大的疑问。事实上，从以上光纤发展史可以看出，尽管光纤的容量很大，没有高速度的激光器和微电子仍不能发挥光纤超大容量的作用。电子器件的速率才达到吉比特/秒量级，各种波长的高速激光器的出现使光纤传输达到太比特/秒量级（1Tb/s=1000 Gb/s），人们才认识到“光纤的发明引发了通信技术的一场革命！”

　　优点和不足（1）通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。（2）信号干扰小、保密性能好；（3）抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。（4）光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；（5）材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。（6）无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。［1］ （7）光缆适应性强，寿命长。（8）质地脆，机械强度差。（9）光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。（10）分路、耦合不灵活。（11）光纤光缆的弯曲半径不能过小（》20cm）（12）有供电困难问题。利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信．

　　原理与应用光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．随着信息技术传输速度日益更新，光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中，光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用，大大提高了整个控制系统的反应速度，使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。

　　光源微机控制系统输出的信号为电信号，而光纤系统传输的是光信号，因此，为了把微机系统产生的电信号在光纤中传输，首先要把电信号转换为光信号。光源就是这样一种电光转换器件。光源首先将电信号转换成光信号，再向光纤发送光信号。在光纤系统中，光源具有非常重要的地位。可作为光纤光源的有白炽灯、激光器和半导体光源等。半导体光源是利用半导体的 PN结将电能转换成光能的，常用的半导体光源有半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD） 。

　　半导体光源因其体积小、重量轻、结构简单、使用方便、与光纤易于相容等优点，在光纤传输系统中得到了广泛的应用。

　　光电接收器在光纤中传输的光信号在被微机系统所接收前，首先要还原成相应的电信号。这种转换是通过光接收器来实现的。光接收器的作用就是将由光纤传送过来的光信号转换成电信号，再把该电信号交由控制系统进行处理。 光接收器是根据光电效应的原理，用光照射半导体的 PN结，半导体的 PN结吸收光能后将产生载流子，因此产生 PN结的光电效应，从而将光信号转换成电信号。应用于光纤系统中的半导体接收器主要有半导体光电二极管，光电三极管、光电倍增管和光电池等。光电三极管不仅能把入射光信号变成电信号，而且能把电信号放大，从而能够与控制系统接口电路很好地匹配，所以光电三极管的应用最为广泛。

　　光纤光纤是光信号的传输通道，是光纤通信的关键材料。光纤由纤芯、包层、涂敷层及外套组成，是一个多层介质结构的对称圆柱体。纤芯的主体是二氧化硅，里面掺有微量的其它材料，用以提高材料的光折射率。纤芯外面有包层，包层与纤芯有不同的光折射率， 纤芯的光折射率较高， 用以保证光信号主要在纤芯里进行传输。 包层外面是一层涂料，主要用来增加光纤的机械强度，以使光纤不受外来损害。光纤的最外层是外套，也是起保护作用的。光纤的两个主要特征是损耗和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或损耗，用db/km表示，该参数关系到光信号的传输距离，损耗越大，传输距离越短。多微机电梯控制系统一般传输距离较短，因此为降低成本，大多选用塑料光纤。光纤的色散主要关系到脉冲展宽。 在三菱电梯控制系统中， 光纤通信主要用于群控与单梯间的数据传送及两台并联的单梯之间的数据传送。三菱电梯所用的光纤装置主要由光源、光接收器和光纤组成，其中光源和光接收器被封装在光纤接插件的定插头内，光纤与动插头相连。

　　光波分复用技术［2］ WDM（Wavelength Division Multiplexing）技术是指使用多束激光在同一条光纤上同时传输多个不同波长的光波技术。它能够极大地提高光纤传输系统的传输容量。目前，1.6 Tbit/s的WDM系统已经大规模商用化。为了进一步提高光纤传输的容量，1995年后DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）基础成为了国际上主要的研究对象，朗讯贝尔实验室认为商用的DWDM系统容量最高能够达到100 Tbit/s。目前，以10 Gbit/s为基础的DWDM已在我国多个运营商中逐渐成为核心网主流。DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外，光传输距离也从600 km增加到了2000 km以上。除此之外，粗波分复用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）也在城域光传送网扩展中应运而生，具有超大容量、短距离传输和低成本等优势。研究人员还发现，将多个光时分复用OTDM信号进行波分复用能够大大提高传输容量。只要适当结合就能够实现Tbit/s以上的传输，因此，它也成为未来光纤通信的发展方向。实验室中大多数超过3 Tbit/s的传输实验都是采取这种方式实现的。

　　光孤子通信技术［3］ 光是一种特殊的ps数量级上的超短光脉冲，它经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信的，在零误码的情况下信息传递可达到万里。众多试验表明，它可以用于海底光缆通信等，而且适合与WDM系统结合构成超高速大容量的光通信，当单信道速率达到40 Gbit/s以上时，光孤子通信的优势得以充分体现。

　　光纤接入技术光纤接入运用PON技术可以与多种技术相结合，比如ATM\SDH和以太网等，分别产生APON、GPON、EPON。相比之下，EPON继承了以太网的优势而且成本相对较低，在和光纤技术相结合后，EPON不在只局限于局域网，还扩展到城域网，甚至广域网。现在光纤到户也采用EPON 技术；GPON对电路交换业务支持最有优势，又能充分利用现有的SDH技术，但是技术较复杂，成本偏高；APON将用于实现FTTH方案。

　　工作过程发送：CPU 通过专用 IC芯片将并行数据串行化，并根据通信格式插入相应位码（起始、停止、校验位等） ，由输出端 TXD将信号送入光纤接插件（即定插头） ，再由光纤接插件中的光源进行电—光转换，转换后的光信号通过光纤动插头向光纤发送光信号，光信号在光纤中向前传播。接收：来自光纤的光信号经光纤接插件的动插头，向定插头的接收器发送，接收器将接受到的光信号进行光—电还原，从而得到相应的电信号，该电 信号送入到专用的 IC 芯片的RXD输入端，经专用 IC芯片将串行数据改为并行数据后，再向 CPU传送。

　　应用领域光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如中国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。光纤传输系统主要由：光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。要实现通信，基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。它适合于光纤模拟通信系统中，而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制（PCM ）和线路码型编码处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。

　　专业设置

　　基本信息专业名称：光纤通信专业代码：590309

　　培养目标本专业培养能从事光纤网络工程的规划建设、SDH系统的调测维护、电信核心网络和接入网络的工程维护等工作的应用型人才。具有较强的电缆、光缆设计与施工、线路规划概预算的能力以及在光纤通信设备安装、调试与维护及其相关领域从业的综合职业能力。

　　主要课程工程制图、电路与信号、电子技术、单片机与嵌入系统、光纤通信原理、光纤通信设备、综合业务接入网、线路工程与概预算、CATV系统、通信光缆线路、接入网技术、通信电源、计算机应用基础、计算机网络基础、数字通信原理、通信终端设备等。

　　就业方向从事光纤通信线路工程和接入网的设计、施工、概预算编制和工程监理；光纤通信设备的安装、调试和操作维护；通信网络规划设计、施工、监理等工作。

　　发展

　　光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤．采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信．中国光纤通信已进入实用阶段．光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程，光频作为载频已达通信载波的上限，因为光是一种频率极高的电磁波 ，因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点：它传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。

　　趋势FTTH可向用户提供极丰富的带宽，所以一直被认为是理想的接入方式，对于实现信息社会有重要作用，还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3倍。过去由于FTTH成本高，缺少宽带视频业务和宽带内容等原因，使FTTH还未能提到日程上来，只有少量的试验。由于光电子器件的进步，光收发模块和光纤的价格大大降低；加上宽带内容有所缓解，都加速了FTTH的实用化进程。发达国家对FTTH的看法不完全相同：美国AT&T认为FTTH市场较小，在0F62003宣称：FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极，要在10—12年内采用FTTH改造网络。日本NTT发展FTTH最早，已经有近200万用户。中国FTTH处于试点阶段。

　　FTTH遇到的挑战现广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势与FTTH相比：①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设简单③对于1Mbps—500kbps影视节目的传输可满足需求。FTTH大量推广受制约。对于不久的将来要发展的宽带业务，如：网上教育，网上办公，会议电视，网上游戏，远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视，上下行传输不对称的业务，ADSL就难以满足。尤其是HDTV，经过压缩，其传输速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技术开发，可压缩到5～6Mbps。通常认为对QOS有所保证的ADSL的最高传输速串是2Mbps，仍难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时，非FTTH不可。

　　FTTH的解决方案通常有P2P点对点和PON无源光网络两大类。F2P方案一一优点：各用户独立传输，互不影响，体制变动灵活；可以采用廉价的低速光电子模块；传输距离长。缺点：为了减少用户直接到局的光纤和管道，需要在用户区安置1个汇总用户的有源节点。PON方案——优点：无源网络维护简单；原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点：需要采用昂贵的高速光电子模块；需要采用区分用户距离不同的电子模块，以避免各用户上行信号互相冲突；传输距离受PON分比而缩短；各用户的下行带宽互相占用，如果用户带宽得不到保证时，不单是要网络扩容，还需要更换PON和更换用户模块来解决。（按照市场价格，PEP比PON经济）PON有多种，一般有如下几种：（1）APON：即ATM-PON，适合ATM交换网络。（2）BPON：即宽带的PON。（3）OPON：采用通用帧处理的OFP-PON。（4）EPON：采用以太网技术的PON，GPON是千兆以太网的PON。（5）WDM-PON：采用波分复用来区分用户的PON，由于用户与波长有关，使维护不便，在FTTH中很少采用。无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议，传输带宽可达54Mbps，覆盖范围达100米以上，已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输，包括：上下行数据和点播电视VOD的上行数据，对于一般用户其上行不大，IEEE802.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输，当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+无线接入”（FTTH+无线接入）的家庭网络。这种家庭网络，如果采用PON，就特别简单，因为此PON无上行信号，就不需要测距的电子模块，成本大大降低，维护简单。如果，所属PON的用户群体，被无线城域网WiMAX（1EEE802.16）覆盖而可利用，那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势，但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑，与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。光交换的发展实际上可表示为：通信输+交换。光纤只是解决传输问题，还需要解决光的交换问题。过去，通信网都是由金属线缆构成的，传输的是电子信号，交换是采用电子交换机。通信网除了用户末端一小段外，都是光纤，传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但由于光开关器件不成熟，只能采用的是“光-电-光”方式来解决光网的交换，即把光信号变成电信号，用电子交换后，再变还光信号。显然是不合理的办法，是效串不高和不经济的。正在开发大容量的光开关，以实现光交换网络，特别是所谓ASON-自动交换光网络。通常在光网里传输的信息，一般速度都是xGbps的，电子开关不能胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs的交换。当然，也不是说，一切都要用光交换，特别是低速，颗粒小的信号的交换，应采用成熟的电子交换，没有必要采用不成熟的大容量的光交换。当前，在数据网中，信号以“包”的形式出现，采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小，可采用电子交换。然而，在大量同方向的包汇总后，数量很大时，就应该采用容量大的光交换。少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制，通路数一般在8—16个。电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。光空分交换：一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。采用集成技术，开发出MEM微电机光开关，其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机（Lucent），属于试验性质的。光波长交换：是对各交换对象赋于1个特定的波长。于是，发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源，光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长的相结合的交叉连接试验系统（corning）。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。日本NTT在Chitose市进行了采用波长路由交换的现场试验，半径5公里，共有43个终端节，（试用5个节点），速率为2.5Gbps。自动交换的光网，称为ASON，是进一步发展的方向。集成光电子器件的发展如同电子器件那样，光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成，但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路，如同一块印刷电路板，可以把光电子器件组装于其上，也可以直接集成为一个光电子器件。要实现FTTH也好，ASON也好，都需要有新的、体积小的和廉价的和集成的光电子器件。光纤通信的市场众所周知，2000年IT行业泡沫，使光纤通信产业生产规模爆炸性地发展，产品生产过剩。无论是光传输设备，光电子器件和光纤的价格都狂跌。特别是光纤，每公里泡沫时期价格为￥1200，价格Y100左右1公里，比铜线还便宜。光纤通信的市场何时能恢复？根据RHK的对北美通信产业投入的统计和预测，如图2.在2002年是最低谷，相当于倒退4年。有所回升，但还不能恢复。按此推测，在2007-2008年才能复元。光纤通信的市场也随IT市场好转。这些好转，在相当大的程度是由FTTH和宽带数字电视所带动的。FTTH毕竟是信息社会的需求，光纤通信的市场一定有美好的情景。发达国家的FTTH已经开始建设，已经有相当的市场。大体上看，器件和设备随市场的需要，其利润会逐步回升，2007-2008年可能良好。但光纤产业，尽管反倾销成功，价格也仍低迷不起，利润甚微。实际上，在世界范围内，光纤的生产规模过大，而FTTH的发展速度受社会环境、包括市民的经济条件和数字电视的发展的影响，上升缓慢。据了解，有大公司封存几个光纤厂，根据市场情况，可随时启动生产，其结果是始终供大于求。供不应求才能涨价，是通常的市场规律，所以光纤产业要想厚利，可能是2009年后的事情。中国经济不发达地区和小城镇，还需要建设光纤线路，但光纤用量仍然处于供大于求的范围内。对中国市场，FTTH受ADSL的挑战和数字电视HDTV发展的制约，会有所延后。中国大量建设FTTH的社会环境和条件尚未具备，可能需要等待一段时间。不过，北京奥运会需要HDTV的推动和设备价格的下降，会促进FTTH的发展。预计在2007-2008年在中国FTTH可开始推广。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD，有比较强的经济力量，已经采用光纤到住地PTTP来建设。总的来说，中国的FTTH处于试点阶段。试点的作用，一方面是摸索技术和建设的经验，另一方面，还起竞争抢占用户的作用。所以，电信运行商，地方业主都积极对FTTH试点，以便发展宽带业务。因此，广播运行商受到巨大的挑战，广播商应加快发展数字电视的进程，并且要充实节目内容和采取有竞争力的商业模式。如果广播商要发展VOD点播电视，还需要对电缆电视网双向改造，如果采用光纤网，可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。宽带中国战略工业和信息化部在2012年5月发布的《宽带网络基础设施“十二五”规划》中提出，到2015年，全国基本实现“城市光纤到楼入户，农村宽带进乡入村”。城市家庭接入带宽达到20兆比特/秒，农村家庭接入带宽达到4兆比特/秒；实现光纤到户覆盖两亿户，用户超过4000万，城市新建住宅光纤到户率达到60%以上。“我国宽带市场的接入方式与技术以ADSL为主，而其他宽带速率高的国家基本上是以光纤接入为主。”中国工程院院士赵梓森说，实现光纤入户是宽带战略最重要的一环。中国科学院院士干福熹表示，光纤通信具有信息容量大、传输距离远、信号干扰小等优点。全世界通信系统中，90%以上的信息量都是经过光纤传输的。未来5～10年，我国规模实施光纤到户每年所需的光纤预计在一亿公里以上，从而为国内光纤通信业发展带来很好的机遇。据国际电信联盟最新统计，全球已推出宽带战略的国家和经济体达112个。宽带战略的实施，必将带来光纤接入大发展，并使光纤宽带产业成为整个信息通信产业中成长最快、发展空间最大的产业之一。

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　　光纤通信原理

　　光纤通信原理—组成部分

　　最基本的光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发信机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光收信机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

　　（1）光发信机----由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。

　　（2）光收信机----由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。

　　（3）光纤线路----其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

　　（4）中继器----由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲近行政性。

　　（5）无源器件----包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。

　　3.光纤通信原理

　　光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

　　光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。光纤中有两种光线，即子午光线和斜射光线，子午光线是位于子午面上的光光线，而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。

　　下面以光线在阶跃光纤中传输为例解释光通信的原理。

　　如图所示为阶跃型光纤，纤芯折射率为n1，包层的折射率为n2，且n1》n2，空气折射率为n0。在光纤内传输的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光线进入纤芯中所产生折射角θ2，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纤中以全反射形式传输，与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi 有一个最大值θmax。

　　当光线以θi》θmax入射到纤芯端面上时，内光线将以小于θc 的入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角小于90度，该光线将射入包层，很快就会露出光纤。

　　当光线以 θi《θmax入射到纤芯端面上时，入射光线在光纤内将以大于 的θc入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角大于90度，该光线将在纤芯和包层界面产生多次反射，使光线沿光纤传输。

　　光纤通信的优缺点是什么

　　光纤通信是有线（固网）通信技术，而是卫星通信是无线（移动）通信技术。而有线和无线，简单从名字上看，差别就明显的很。下面简单讲一下这两类技术的优缺点：

　　无线通信的优点：

　　无线通信网络灵活，可扩展性强；而有线通信网络反之。家里装修过的都知道，家里某个房间如果要想布网线，必须在装修时做好。如果装修完了，想在某个房间增加网线就非常困难了，这时就只能通过无线路由器+无线网卡的方式来实现类似功能。同理，几乎所有正规的有线网络，都需要提前设计，规划和施工，灵活性和可扩展性都较无线网络弱得多。

　　无线通信网络建设成本低廉，而有线通信网络反之。就以大家天天都使用的3G/4G通信举例，运营商建设一个基站，能很容易的同时为几百甚至上千个终端提供通信服务。

　　无线通信可以提供很强的移动性，而有线通信的移动性很弱。这一条是比较容易理解的吧，不太多展开了。

　　说了半天无线通信的优点，那是不是有线通信就可以被替代了呢？答案当然是否定的：

　　有线通信带宽大，而无线通讯网络反之。通过电缆，可以做到10Gb/S速率；而通过光纤，可以提供400Gb/S速率。这对于无线通信来说，还是无法企及的。

　　有线通信提供的通信服务质量通常更稳定一些。无线通信受限于通信介质，服务质量较弱。

　　以上特点决定了，有线通信技术多用于核心网，实现通信业务的传输和汇聚；而无线通信技术多用于靠近客户端，实现业务的接入。

　　说回光纤通信，目前有线网络整体都在向光纤方向发展（光进铜退），相对于其他有线通信技术，光纤通信的优点大致有：

　　带宽超大，如上文所提，目前400Gb/S的光纤网络已经开始商用了。

　　对信号的损耗极低，传输距离远。无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。

　　抗干扰性强、传输质量佳。

　　传输保密性好，难于窃听。据我所知，目前还没有比较方便的方法将一根光纤旁路出来窃听。

　　材料来源丰富，成本低廉，有利于环境保护。

　　而卫星通信，则是无线通信发展的一个极端。基站（卫星）覆盖最广，灵活性和可移动性最佳，信号质量最弱，带宽最低。

　　卫星通信主要解决的是通信的完全覆盖率的问题。地球太大了，大洋荒漠高峰。。.。总有很多人迹罕至的地方。在这些地方设置通信设施，是很不合算的，使用率低，维护也很困难。相对而言，卫星通信的成本虽然很高，在这些地方反而是最便宜的解决方案。