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和1.55μm两种。光纤的损耗在1.31μm为0.35dB/km，在1.55μm为0.20dB/km。波长1.31μm光纤的色散为零，而波长1.55μm光纤有最低损耗却有不小的色散（Chromaticdispersion，简写dispersion)，对长距离、高速率脉冲信号传输有限制。经重新设计的光纤，使零色散波长从1.31μm移位至1.55μm，这样的单模光纤就称为‘色散移位光纤’，简写DSF（dispersionshiftedfiber）。为了充分发展WDM/DWDM系统，应用波长1.55μm存在小量的色散恰恰足够抵消FWM（四波混频）的影响，称为‘非零色散光纤’，简写NZDF（non-zerodispersionfiber）。
1.2.2光源
光源是光纤通信系统中的关键光子器件。光纤通信对光源器件的要求工作寿命长（光源
器件寿命的终结是指其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上）、体积小、重量轻。常见的光源器件有激光二极管（LD）和发光二极管（LED）两种。O.5μm
短波长光源常采用GaAlA/ GaAs双异质结构，而长波长1.3～1.55μm则采用InGaAsP／lnp隐理式异质结构。而WDM系统须利用长波长光源器件，它不仅要求激光管的发射波长高度稳定，保证器件与波导之间实现最佳耦合，插入损耗小，同时要求能把多路激光管和必要的附属电路集成在同一芯片上，使得多路光载波信号能够在一根光纤中加以传输。近年来研制的多波长光源器件主要是把多路激光管排成阵列，连同一个导形耦合器，利用硅的“平面光路”平台技术制成混合集成光组件，其结构趋于采用光纤光栅的外腔激光管结构。
1.2.3光检测器
光检测器件通过光/电转换将信号通信信息从光波中分离检测出来。光检测器件的要求灵敏度高、响应度高、噪声低、工作电压低、体积小重量轻寿命长。常见的光检测器有PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。
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第2章 光纤通信向大容量、宽带化、超长距离发展
2.1 大容量、宽带化的发展
在世界网络带宽保持了50%-100%的年增长速率的同时，中国的干线业务量和带宽需求的实际年增长率均超过了200%。根据美国跨大西洋Internet干线流量统计，中国近几年国内干线数据业务量年增长260%。国际Internet带宽能力年增长245%，五年累增大约100倍。传统的光纤通信发展始终在按照电信号的时分复用（TDM）方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每个比特的成本大约下降30%~40%，因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。
单路波长的传输速率受限于集成电路材料的电子和空穴的迁移率；还受限于传输媒质的色散和极化模色散；最后受限于系统的性能价格比。Lucent朗讯科技公司宣布实现了单信道160Gbit/s的传输速率，而目前商用系统从45Mb／s增加到10Gb／s，可以携带12万条话路，其速率在20年时间里提高了2000倍，比同期的微电子技术的集成度增长速度还要快得多。高速系统的出现增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体业务提供了实现的可能。目前，10Gbit/s系统已大批量装备网络，40Gbit/s系统已经商品化进入实用阶段。从网络应用看，带10Gbit/s接口的路由器已经大量应用，带40Gbit/s接口的路由器也已经进入大量应用阶段，为了提高核心网的效率和功能，核心网的单波长速率向40Gbit/s发展是合乎逻辑的。总的看，采用40Gbit/s传输的主要优势有：
(1)更有效地使用传输频带，频谱效率较高；
(2)如果40Gbit/s的成本降到10Gbit/s实际成本的2.5倍以下时，就达到了合理应用点，就有条件实现规模商用，降低传输成本；
(3)由于只用一个网元代替了四个网元，减少了OAM的成本、复杂性以及备件的数量；
(4)提高了核心网的效率和功能。
从实际应用看，对于40Gbit/s传输系统，必须用外调制器；能具备足够输出电压驱动外调制器的驱动集成电路还不够成熟；沿用多年的NRZ调制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s还没有把握，必须转向性能更好的普通归零（RZ）码乃至调制效率更高的其他调制方式，例如载频抑制的RZ（CS-RZ）码，差分相移键控RZ（DPSK-RZ）码，啁啾的RZ（CRZ）码，超级CRZ（SuperCRZ）码，双二进制码（D-RZ），伪线性RZ码，光孤子（Soliton）调制方式等。从历史经验看，只有成本降到2.5倍以内才有可能
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获得规模应用。
近年来，能够普遍应用的基于单波道的最高传输容量一直停留在SDH 10Gb/s。40Gb/s的应用需求仍然存在，但它在节点技术、网络应用和系统的性能价格比等方面存在的问题仍然没有很好地得到解决。另外，由于存在具有部分可替代性的解决方案（如DWDM），这也在一定程度上进一步影响了40Gb/sSDH系统大范围走向商用的步伐。对于短距离传输，无须色散补偿、光放大器和外调制器，40Gbit/s系统具有最低的单位比特成本，上述问题不是障碍。40Gbit/s的应用已经由短距离互联应用开始，包括端局内路由器、交换机和传输设备间的互联，乃至扩展至城域网范围和短距离长途应用。
随着通信技术的发展，新业务不断涌现，特别是IP业务的迅猛崛起，导致全球信息量呈级数增长，通信业务由传统单一的电话业务转向高速IP数据和多媒体为代表的宽带业务，对通信网络的带宽和容量提出了越来越高的要求。光纤存在巨大的频带资源和优异的传输性能，是实现高速、大容量传输的最理想的传输媒质，进一步扩容传输系统、降低每比特传输成本的唯一出路就是转向使用光的复用技术。
2.2 DWDM的发展
光通信系统可以按照不同的方式进行分类如果按照信号的复用方式来进行分类可分为频分复用系统FDM-Frequency Division Multiplexing、时分复用系统TDM-Time Division Multiplexing、波分复用系统WDM Wavelength Division Multiplexing和空分复用系统SDM-Space Division Multiplexing。传统的光纤传输一般在一个波长信道上进行，如果忽略激光器的线宽和啁啾效应，则对应1550nm处的高斯脉冲，即使采用光时分复用（OTDM）技术使信号速率达100Gbit/s，其所用带宽也仅为光纤带宽的一小部分，考虑到EDFA技术可以在1550nm的光纤低损耗窗口约35nm宽度的窗口提供增益，为了利用这些资源，采用光学分光元件分离波长，利用了一根光纤同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号，光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用OFDM，从而使光纤的传输容量大幅度增加。为了区分以前在1310nm和1550nms所进行波长复用传输，将这项技术称为密集波分复用(DWDM)技术。近来波分复用技术的大量应用，使光传输速率已在向每秒太比特的数量级进军。
密集波分复用DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输与通用的单信道系统相比密集，ITU-T G.692建议DWDM 系统的绝对参考频率为
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193.1THz，对应的波长为1552.52nm。不同波长的频率间隔应为100GHz的整数倍，对应波长间隔约为0.8nm的整数倍。DWDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。
1999年Nortel北电公司在Telecom'99上宣布总容量6.4Tbit/s的最高记录。但这两个记录刚刚宣布不久，在11月份的新发明展示会上，Lucent宣布实现了DWDM16Tbit/s的传输实验记录。而近几年来波分复用系统技术发展十分迅猛，目前1.6Tbit/s的波分复用WDM系统已经开始大量商用，2001年日本NEC和法国阿尔卡特公司分别在100km距离上实现了总容量为10.9Tbit/s(273×40Gbit/s)和总容量为10.2Tbit/s(256×40Gbit/s)的传输容量记录，北电又宣布将在2001年提供能在一根光纤上传输64Tb／S的DWDM商用系统。此系统最初将可以从40到80Gb／S向上进行扩展，最高达到64Tb／S。此系统使得北电在Teecom 99上独占光通信的鳌头。这几年，光传输系统容量基本上在几十Tbit/s量级徘徊，新记录主要表现在采用各种不同传输新技术和获得更长无电中继距离方面。
2.3 超长距离光纤通信的发展
光纤通信自从问世以来，一直向着两个目标不断发展。一是延长中继距离，二是提高传输速率（容量）。光纤的色散、色散斜率、偏振模色散、非线性效应（四波混频交叉相位调制等）等性能对超长距离光纤通信提出了新的严格要求。由于光纤的吸收和散射会导致光信号的衰减，光纤的色散将使光脉冲发生畸变，导致误码率增高，信号传输质量降低，限制了通信距离。为了满足长距离传输的需要，必须在光纤线路上加入中继器，以补偿光信号的衰减和对畸变信号进行整形。光纤放大器的出现，尤其在拉曼光纤放大器实用之后，为增大无再生中继距离创造了条件。同时，采用有利于长距离传送的线路编码，如RZ或CS-RZ码；采用FEC、EFEC或SFEC等技术提高接收灵敏度；用色散补偿和PMD补偿技术解决光通道代价和选用合适的光纤及光器件等措施，已经可以实现超过STM-64或基于10Gbit/s的DWDM系统，4000km无电再生中继器的超长距离传输。利用光孤子在一定条件（光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大）下，能够长距离不变形地在光纤中传输的特性，完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制，其传输容量比当今最好的通信系统高出1~2个数量级，中继距离可达几百km。它被认为是下一代最有发展前途的传输方式之一。
2.3.1 超长距离传输（Ultra long haul，ULH）
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OFC-2003报导的最长传输距离也是11000km，传输容量为3.73Tb/s。另外，OFC-2003
报导的最高传输速率6.4Tb／s系统的传输距离长达3200km。2004年初武汉邮电科学研究院承担的“863”ULH项目顺利通过了863专家组的验收。此项目是在该院已投入商用的1.6Tb/s DWDM系统的平台上，实现了在5000多公里实际G.652/655光纤上的ULH传输，其中某些关键技术已经应用于国内一级干线工程。
2.3.2 拉曼光纤放大器（distributed Raman amplification）
受激拉曼散射（SRS）将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上；如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可以得到放大。近年来光纤拉曼放大器成为研制开发的热点，它具有许多优点：（1）增益介质为普通传输光纤，与光纤系统具有良好的兼容性；（2）增益波长由泵浦光波长决定，不受其它因素的限制，理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光；（3）增益高、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度稳定性好。
2.3.3 光孤子（soliton）
孤子又称孤立波(Solitary wave)，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传
播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。在光纤通信中的频移时，由于折射率的非线性变化与群色散效应相平衡，光脉冲会形成一种基本孤子--光孤子，光孤子能在光纤中传播的长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。利用光孤子特性可以实现超长距离、超大容量的光通信。 光孤子通信系统实验已达到传输速率10~20Gbit/s，传输距离13000~20000公里的水平。实际的光孤子通信存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使我们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中广泛应用。
2.3.4 遥泵技术（RemotePump）
遥泵技术是用于单段长跨距传输的专门技术，主要解决单长跨距传输中信号光的OSNR受限问题。在传输光纤的适当位置熔入一段掺铒光纤，并从单段长跨距传输系统的端站（发射端或接收端）发送一个高功率泵浦光，经过光纤传输和合波器后注入铒纤并激励铒离子。信号光在铒纤内部获得放大，并可显著提高传输光纤的输出光功率。随路方式中泵浦光还可对光纤中的信号光进行喇曼放大，进一步增加传输距离，并可节省光纤资源。遥泵技术通常还可综合其他新技术，如光纤有效截面管理、二阶喇曼泵浦、两级遥泵增益区等。
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