【正文】 電信網(wǎng)(如我國(guó)的國(guó)家一級(jí)干線 、 各省二級(jí)干線和縣以下的支線 )、 各種專(zhuān)用通信網(wǎng) (如電力 、 鐵道 、 國(guó)防等部門(mén)通信 、 指揮 、 調(diào)度 、 監(jiān)控的光纜系統(tǒng) )、 特殊通信手段 (如石油 、 化工 、 煤礦等部門(mén)易燃易爆環(huán)境下使用的光纜 ， 以及飛機(jī) 、 軍艦 、 潛艇 、 導(dǎo)彈和宇宙飛船內(nèi)部的光纜系統(tǒng) )。 ③ 有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)；工業(yè)電視系統(tǒng) ， 如工廠 、 銀行 、 商場(chǎng) 、 交通和公安部門(mén)的監(jiān)控； 自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸 。 光纖通信系統(tǒng)可以傳輸數(shù)字信號(hào) ， 也可以傳輸模擬信號(hào) 。 為敘述方便 ， 這里僅以數(shù)字電話和模擬電視為例 。 圖 光纖通信系統(tǒng)的基本組成 (單向傳輸 ) 信息源電發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)電接收機(jī)信息宿基本光 纖傳輸系統(tǒng)光纖線 路接 收發(fā) 射電信號(hào)輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)輸入電信號(hào)輸出 如圖 ， 信息源把用戶(hù)信息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào) ， 這種信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào) 。 對(duì)于數(shù)字電話傳輸 ， 電話機(jī)把話音轉(zhuǎn)換為頻率范圍為 ~ kHz的模擬基帶信號(hào) ， 電發(fā)射機(jī)把這種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ， 并把多路數(shù)字信號(hào)組合在一起 。 一路話音轉(zhuǎn)換成傳輸速率為 64 kb/s的數(shù)字信號(hào) ， 然后用數(shù)字復(fù)接器把 24路或 30路 PCM信號(hào)組合成 Mb/s或 Mb/s的一次群甚至高次群的數(shù)字系列 ， 后輸入光發(fā)射機(jī) 。 為提高傳輸質(zhì)量 ， 通常把這種模擬基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制 (FM)、 脈沖頻率調(diào)制 (PFM)或脈沖寬度調(diào)制 (PWM)信號(hào) ， 最后把這種已調(diào)信號(hào)輸入光發(fā)射機(jī) 。 在這個(gè)過(guò)程中 ， 受調(diào)制的 RF電波稱(chēng)為副載波 ， 這種采用頻分復(fù)用的多路電視傳輸技術(shù) ， 稱(chēng)為副載波復(fù)用 (SCM)。 光載波經(jīng)過(guò)光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?， 再由光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 。 在整個(gè)通信系統(tǒng)中 ， 在光發(fā)射機(jī)之前和光接收機(jī)之后的電信號(hào)段 ， 光纖通信所用的技術(shù)和設(shè)備與電纜通信相同 ， 不同的只是由光發(fā)射機(jī) 、 光纖線路和光接收機(jī)所組成的基本光纖傳輸系統(tǒng)代替了電纜傳輸 。 例如 ， 在光纖線路中插入光纖放大器組成光中繼長(zhǎng)途系統(tǒng) ， 配置波分復(fù)用器和解復(fù)用器 ， 組成大容量波分復(fù)用系統(tǒng) ， 使用耦合器或光開(kāi)關(guān)組成無(wú)源光網(wǎng)絡(luò) ， 等等 。 1. 光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào) ， 并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路 。 光發(fā)射機(jī)的性能基本上取決于光源的特性 ， 對(duì)光源的要求是輸出光功率足夠大 ， 調(diào)制頻率足夠高 ， 譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小 ， 輸出功率和波長(zhǎng)穩(wěn)定 ， 器件壽命長(zhǎng) 。 有些場(chǎng)合也使用固體激光器 ， 例如大功率的摻釹釔鋁石榴石 (Nd: YAG)激光器 。 目前有直接調(diào)制和間接調(diào)制 (或稱(chēng)外調(diào)制 )兩種調(diào)制方案 ， 如圖 。 這種方案技術(shù)簡(jiǎn)單 ， 成本較低 ， 容易實(shí)現(xiàn) ， 但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制 。 目前有多種調(diào)制器可供選擇 ， 最常用的是電光調(diào)制器 。 外調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制速率高 ， 缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜 ， 成本較高 ， 因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用 。 因?yàn)榉?、 頻率或相位調(diào)制 ， 需要幅度和頻率非常穩(wěn)定 ， 相位和偏振方向可以控制 ， 譜線寬度很窄的單模激光源 ， 并采用外調(diào)制方案 ， 所以這些調(diào)制方式只在新技術(shù)系統(tǒng)中使用 。 光纖線路由光纖 、 光纖接頭和光纖連接器組成 。 實(shí)際工程中使用的是容納許多根光纖的光纜 。 對(duì)光纖的基本要求是損耗和色散這兩個(gè)傳輸特性參數(shù)都盡可能地小 ， 而且有足夠好的機(jī)械特性和環(huán)境特性 ， 例如 ， 在不可避免的應(yīng)力作用下和環(huán)境溫度改變時(shí) ， 保持傳輸特性穩(wěn)定 。 單模光纖配合半導(dǎo)體激光器 ， 適合大容量長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng) ， 而小容量短距離系統(tǒng)用多模光纖配合半導(dǎo)體發(fā)光二極管更加合適 。 石英光纖在近紅外波段 ， 除雜質(zhì)吸收峰外 ， 其損耗隨波長(zhǎng)的增加而減小 ， 在 μm、 μm和 μm有三個(gè)損耗很小的波長(zhǎng) “ 窗口 ” 。 石英光纖在波長(zhǎng) μm色散為零 ， 帶寬極大值高達(dá)幾十 GHz 通過(guò)光纖設(shè)計(jì) ， 可以使零色散波長(zhǎng)移到 μm， 實(shí)現(xiàn)損耗和色散都最小的色散移位單模光纖；或者設(shè)計(jì)在 μm和 μm之間色散變化不大的色散平坦單模光纖 ， 等等 。 因此 ， 作為光源的激光器的發(fā)射波長(zhǎng)和作為光檢測(cè)器的光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng) ， 都要和光纖這三個(gè)波長(zhǎng)窗口相一致 。 光纖是光纖通信的基礎(chǔ) ， 光纖的技術(shù)進(jìn)步 ， 有力地推動(dòng)著光纖通信向前發(fā)展 。 光接收機(jī)由光檢測(cè)器 、 放大器和相關(guān)電路組成光檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心 。 目前廣泛使用的光檢測(cè)器有兩種類(lèi)型： 在半導(dǎo)體 PN結(jié)中加入本征層的 PIN光電二極管 (PIN PD)和雪崩光電二極管 (APD)。 檢測(cè)方式有直接檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種 。 這種檢測(cè)方式設(shè)備簡(jiǎn)單 、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 ， 是當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)普遍采用的方式 。外差檢測(cè)方式的難點(diǎn)是需要頻率非常穩(wěn)定 ， 相位和偏振方向可控制 ， 譜線寬度很窄的單模激光源；優(yōu)點(diǎn)是有很高的接收靈敏度 。 外調(diào)制 —外差檢測(cè)方式雖然技術(shù)復(fù)雜 ， 但是傳輸速率和接收靈敏度很高 ， 是很有發(fā)展前途的通信方式 。 靈敏度是衡量光接收機(jī)質(zhì)量的綜合指標(biāo) ， 它反映接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí) ， 接收微弱光信號(hào)的能力 。 所以靈敏度也是反映光纖通信系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo) 。 數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(hào) (如脈沖的有和無(wú) 、 電平的高和低等 )代表信息 ， 強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)和信息之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；而模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號(hào)代表信息 ，強(qiáng)調(diào)的是變換過(guò)程中信號(hào)和信息之間的線性關(guān)系 。20 世紀(jì) 70年代光纖通信的應(yīng)用和 80年代計(jì)算機(jī)的普及 ， 為數(shù)字通信的發(fā)展創(chuàng)造了極其有利的條件 。 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下： ① 抗干擾能力強(qiáng) ， 傳輸質(zhì)量好 。 數(shù)字光纖通信采用二進(jìn)制信號(hào) ， 信息不包含在脈沖波形中 ， 而由脈沖的 “ 有 ” 和“ 無(wú) ” 表示 。 ② 可以用再生中繼 ， 傳輸距離長(zhǎng) 。 ③ 適用各種業(yè)務(wù)的傳輸 ， 靈活性大 。 ④ 容易實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的保密通信 。 只要精心設(shè)計(jì)加密方案和密鑰序列并經(jīng)常更換密鑰 ， 便可達(dá)到很高的保密強(qiáng)度 。 數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)是占用頻帶較寬 ， 系統(tǒng)的頻帶利用率不高注：這里沒(méi)有考慮語(yǔ)音 、 視頻壓縮編碼和多元制數(shù)字調(diào)制的作用 。 數(shù)字通信系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)是以犧牲頻帶為代價(jià)得到的 ， 然而光纖通信的頻帶很寬 ， 完全能夠克服數(shù)字通信的缺點(diǎn) 。 模擬通信系統(tǒng)除占用帶寬較窄外 ， 還有電路簡(jiǎn)單 、 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) 。 另一方面 ， 由于電視的數(shù)字化傳輸 ， 要求較復(fù)雜的技術(shù) ， 特別是當(dāng)今社會(huì)對(duì)電視頻道數(shù)目的要求日益增多 ， 要傳輸幾十甚至上百路電視 ， 需要極復(fù)雜的編碼和解碼技術(shù) ， 設(shè)備價(jià)格昂貴 ， 因此目前還不能普遍使用 。 在這種 SCM系統(tǒng)中 ， 視頻基帶信號(hào)對(duì)射頻副載波的調(diào)制 ， 可以采用調(diào)頻 (FM)或調(diào)幅 (AM)。 但是 ， 世界各國(guó)模擬電視信號(hào)對(duì)無(wú)線廣播載波的調(diào)制 ， 采用的都是單邊帶調(diào)幅 (VSB AM)， 所以用于電視分配網(wǎng)的光纖傳輸系統(tǒng)要采用 VSB AM/SCM方式 ， 以便和傳輸?shù)郊矣秒娨暀C(jī)的同軸電纜相兼容 ， 組成光纖 /同軸混合 (HFC)系統(tǒng) 。 幸好 ， 目前這種激光器在技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已投入商業(yè)應(yīng)用 ， 可以傳輸 60~120路質(zhì)量?jī)?yōu)良的彩色電視信號(hào) 。