1.1.2 光纤通信系统的组成
1．光在电磁波谱中的位置
光实质上是一种电磁波，其频率比无线电波高很多，电磁波的波谱如图1-1所示。
图1-1 电磁波的波谱
其中，可见光的波长范围为0.39～0.76µm，红外线的波长范围为0.76～300µm，包括近红外区（0.76～15µm）、中红外区（15～25µm）和远红外区（25～300µm）。光纤通信中传输的光波波长是0.8～1.8µm，属于电磁波谱中的近红外区，其中0.8～1.0µm被称为短波长区，1.0～1.8µm被称为长波长区。光纤通信发展初期，根据光纤的损耗特性，通常使用850nm、1310nm和1550nm 3个低损耗波长窗口，其中850nm窗口主要在光纤模拟通信系统中使用；1310nm窗口由于在常规单模光纤中具有零色散特性，所以被称为零色散窗口；1550nm窗口具有最低损耗，因此被称为低损耗窗口。图1-1中标出了电磁波波谱范围对应的频率范围。电磁波的波长λ与频率f之间的关系如下。
其中c=3×108m/s，是光在真空中的传播速度。
由此可以计算出光波的频率范围为1.67×1014～3.75×1014Hz。可见光纤通信使用的光波频率非常高，因此才具有其他通信方式无法比拟的巨大通信容量。
2．光纤通信系统的组成
光纤通信系统主要由光端机和光纤组成，如果进行长距离传输，则需要在光纤沿途每隔适当距离加入光中继器。由于通信是双向进行的，光端机实际上由光发送机和光接收机组成。如果只分析单向信号传输，则光纤通信系统的组成如图1-2所示。
图1-2 光纤通信系统的组成
光发送机：也称光发射机，由光源、驱动器和调制器组成，功能是将来自电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，使其成为已调光波，然后再将已调光信号耦合到光纤或光缆中去传输。光发送机的电/光转换主要是由光源来完成的，因此光源是光发送机的核心器件。
光接收机：由光检测器和光放大器组成，功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转换为电信号，然后，将这个电信号经放大器放大到足够的电平，送入接收端的电端机。光接收机中实现光/电转换的核心器件是光检测器。
光纤/光缆：提供光信号的传输通路。功能是在对发射端发出的已调光信号进行传输后，耦合进接收端的光检测器中，完成信息传输任务。
光中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。光中继器主要在长途传输系统中使用，可以在对经过一段光纤传输后产生失真的光信号进行放大及再生后，将光信号送入下一段光纤，从而延长传输距离。光中继器主要作用有以下两个：一是通过放大补偿光信号在光纤中传输时的衰减；二是对波形失真的脉冲进行整形恢复。传统的光中继器是先将光信号转换为电信号，再对电信号进行放大及再生处理，然后将恢复的电信号再转换成光信号发出，即采用“光-电-光”方式。随着全光网建设的推进，这种方式将逐渐被能直接进行光放大的器件所替代，如目前在长途光传输网中大量使用的光放大器。
光纤通信系统还包括光纤活动连接器、光衰减器、光纤耦合器等无源器件。无源器件在光纤通信系统中分别实现连接、放大、衰减、隔离及分路/合路等功能，在实际中可根据系统应用需求进行选用。
3．光纤通信系统的分类
（1）按波长分类
短波长光纤通信系统：工作波长在0.8～0.9µm，典型工作波长为0.85µm，中继距离一般不超过10km，目前使用较少。
长波长光纤通信系统：工作波长在1.0～1.6µm，通常采用1.31µm和1.55µm两种波长，中继距离较长，尤其是在采用1.55µm零色散位移单模光纤时，中继距离可达到100km，是目前常用的光纤通信系统。
超长波长光纤通信系统：采用非石英光纤，如卤化物光纤，在工作波长大于2µm时，衰减为0.00001～0.01dB/km，可实现1000km以上的无中继传输，是光纤通信未来发展的方向。
（2）按光纤的模式分类
单模光纤通信系统：采用石英单模光纤，传输容量大，传输距离长，目前建设的光纤通信系统大多是这种类型。
多模光纤通信系统：采用渐变型石英多模光纤，因传输速率受限制，目前主要用于计算机局域网中。
（3）按光纤的传输信号分类
模拟光纤通信系统：它是用模拟信号直接对光源进行强度调制的系统，具有设备简单的特点，一般用于视频信号传输。
数字光纤通信系统：它是用PCM（脉冲编码调制）数字信号直接对光源进行强度调制的系统，通信距离长，传输质量高，是被广泛采用的系统。
（4）按光源的调制方式分类
直接调制光纤通信系统：直接调制也称为内调制，即用电信号转换成的驱动电流，直接对光源进行强度调制，调制速率一般不超过2.5Gbit/s。
间接调制光纤通信系统：间接调制也称为外调制，是通过电信号对稳定光源发出的光进行外部强度调制，这种方式调制速率高，目前主要在传输速率高于2.5Gbit/s的系统中使用。
（5）按应用范围分类
公用光纤通信系统：电信部门应用的光纤通信系统称为公用光纤通信系统，它包括光纤市话中继通信系统、光纤长途通信系统、光纤接入系统等。
专用光纤通信系统：指电信部门以外的各部门或机构，如电力、铁路、交通、石油、广播、金融、军事等部门所采，统称为专用光纤通信系统。