教学内容
(2)光纤通信系统的结构与分类；
(3)光纤通信的特点；
(4)光纤通信的器件与产品；
(5)光纤通信的应用及发展趋势。
技能要求
(1)能画出光纤通信的组成；
(2)能分析光纤通信的应用。
任务描述
本任务以国家级“网络与通信”实训基地或教师提供的光纤通信系统图纸为对象，进行实地考察，以配合理论知识的学习，完成对光纤通信(系统)的认识。
本任务旨在让学习者理解光纤通信工程的具体工作内容以及各阶段的基本工作任务。
任务分析
通过任务训练，让学生巩固光纤通信(系统)的内容；通过观察和分析光纤通信系统，进一步巩固以下知识:
(1)光纤通信；
(2)光纤通信系统的组成；
(3)光纤通信的特点；
(4)光纤通信的应用。
知识准备
1.光纤通信的概念
三千多年前，在周朝人们就利用烽火台的火光传送敌情消息。到了近现代，战争中用信号弹指挥作战、城市中使用信号灯指挥交通等传递信息的方式均可称为目视光通信。
视频1-1 光纤通信中质量和大小
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(“有线”光通信)。如今，光纤的传输频带宽、抗干扰性高、信号衰减小，远优于电缆、微波通信，已成为世界通信中的主要传输方式。光纤通信如视频1-1所示。
光纤通信的关键是合适的光源和合适的传输介质。光纤通信、卫星通信和无线电通信是现代通信网的三大支柱。其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信具有许多突出的发展优势，其必将成为21世纪最重要的战略性产业。
2.光纤通信系统的组成
光纤通信系统的基本组成如图1-1所示，主要包括光端机(光发送机、光接收机)、光中继器、光无源器件和光纤光缆(广义信道)四大部分。
图1-1 光纤通信系统的基本组成
动画1-1 光在电磁波谱中的位置
(1)光发送机。光发送机是实现电/光转换的光端机(发射)。它由光源、驱动器和调制器组成。其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，产生已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆中去传输。电端机就是常规的电子通信设备。光在电磁波谱中的位置如动画1-1所示。
(2)光接收机。光接收机是实现光/电转换的光端机(接收)。它由光检测器和光放大器组成。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，送到接收端的电端机去。光电话如图1-2、动画1-2所示。
(3)光纤光缆。光纤光缆构成光的传输通路(信道)。其功能是将发送端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到接收端的光检测器上，完成传送信息的任务。
(4)中继器。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进行整形。
图1-2 光电话
动画1-2 光电话
(5)光纤连接器、耦合器等无源器件。由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的(如1～2 km)，因此一条光纤线路可能由多根光纤连接而成。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。
3.光纤通信系统的分类(见表1-1)
表1-1 光纤通信系统的分类
续表
4.光纤通信的特点
光纤通信作为一门新兴技术，近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，它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。其特点如下所述:
(1)光纤通信的优点。
①通信容量大、传输距离远，无中继传输距离可达几十甚至上百千米；
②信号干扰小、保密性能好；
③不受电磁干扰、传输质量佳；
④光纤尺寸小、质量轻，便于施工和运输；
⑥无辐射，难以窃听，保密性能好；
⑦光缆适应性强，寿命长。(www.xing528.com)
(2)光纤通信的缺点。
①质地脆，机械强度差；
②光纤光缆切割和接续需要一定的工具、设备和技术；
③分路、耦合不灵活；
④光纤光缆的弯曲半径不能过小(>20 cm)；
⑤电力传输困难。
5.光纤通信的发展及应用
1)光纤通信的发展历史
烽火和狼烟、望远镜、旗语和信号灯等是早期人类使用光传递信息的方式，其特点是传输的容量极其有限。光纤通信发展事件见表1-2。
表1-2 光纤通信发展事件
续表
我国从20世纪70年代初就开始了光纤通信的基础研究，并在几年之内取得了阶段性研究成果；我国在20世纪70年代末进行了光纤通信系统现场试验；20世纪90年代初期，我国开始光纤通信系统的大量建设，光缆逐渐取代电缆，并完成了“八纵八横”国家干线。这些干线主要采用PDH140 Mb/s系统。此外，我国生产的光器件产品在国际市场也具有较强的竞争力。由此可见，我国已具有大力发展光纤通信的综合实力。
2)光纤通信的发展趋势
光纤通信技术已经成为我国科技领域的重要研发方向，其技术设备水平在不断进步。现从光纤通信技术的全局出发，结合信息科技领域的技术发展方向，对光纤通信的发展趋势进行分析如下:
(1)光孤子通信。光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而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，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。
光孤子技术未来的前景:在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20 Gb/s提高到100 Gb/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术，光学滤波使传输距离提高到100 000 km以上；在高性能EDFA方面获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，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，有着较好的发展前景。
(2)光网络智能化。作为信息技术的两大载体，计算机技术和通信技术对人们生活的影响十分大，在提倡智能化的现代社会，实现光纤通信技术的智能化是一直科技工作者研发的方向。人们在通信技术中接入智能化载体的计算机技术，促使通信技术向智能化的方向进步。现代光网络系统在完成传输功能的同时，光网络智能化能够赋予其自动发现功能、连续控制功能和自我保护和恢复功能。未来，实现更高级、更高效的智能化光网络是光纤通信系统的重点研发目标之一。
(3)全光网络。光纤通信技术的最高发展阶段就是实现全光网络，这是光纤技术的最理想化的实现形式。全光网络是光纤通信技术进步和革新的终极发展目标，未来的通信网络将会进入全光阶段。
(4)光器件集成化。光器件集成化是光电子器件发展一直追求的目标，即将激光器、检测器、调制器等分散的芯片集成到一个芯片中。光器件集成化对全光网络的实现非常重要，是其核心技术之一。
3)光纤通信的应用(中国)
光纤通信技术在我国的发展不是一帆风顺的，它凝聚了几代科技工作者的智慧结晶。我国光纤通信技术的发展势头非常好，人才队伍的建设卓有成效，技术创新也步入了快车道。我国光纤通信系统主要有以下几种模式:
(1)单模光纤。单模光纤在光纤通信系统中的应用十分普遍，是最常见的光纤类型，它拥有很细的中心玻璃芯。其一般主要用来传输稳定性比较好且谱带窄的单一模式的光。对于其他类型的光源，其传输效果比较差。
(2)光纤接入网。光纤接入网就是利用光纤作为实现接入网信息传输介质的网络信息系统。光纤接入网为了实现比较高的通信容量，一般都会增加光纤的芯数，其传输距离比较短，分支比较多，分叉比较频繁。对于光纤接入网，在市内布设网络通道时，增加光纤芯数必然会增大光纤的装填密度，但由于管道内径是给定的，因此采取一定的技术手段缩小光纤直径、降低光纤重量是非常有必要的。目前，我国使用最广泛的接入网光纤是G652单模光纤。
(3)室内光纤。室内光纤需要满足各种室内信息传输和发送活动的需求，因此必须具备多功能特点。IEC在对光纤进行分类时，划分了室内光纤。室内光纤的主要功能是传输和发送语音、数据和视频信号等，包括局内光纤和综合布线两个组成部分。局内光纤一般有其固定的布设位置，主要是中心局和各类电信机房内部；综合布线就是提供给用户使用的光纤，一般布设在室内用户端，且应选用不易损耗的光纤，以防止在使用过程中损耗较快。
(4)通信光纤。光纤可以作为一种完全不含有磁性和金属成分的全介质使用，这种特性使其具备很强的抗干扰能力。这种类别的全介质光纤将会成为电力系统最合适的传输材料，在数据传输上具备较好的优势，但是传输容量相对而言比较小。因此，其产品的性能和结构还有待进一步开发和提升。
(5)塑料光纤。塑料光纤是一种比较新颖的光纤材料，其制造成本低、传输速度快，目前其在通信领域的发展速度很快。作为一种短距离的信息传输介质，其具备很多性能优势，在汽车传输系统和数据智能系统中具有良好的应用前景。
任务实施
动画1-3 光纤通信介绍
(1)据光纤通信(系统)的概念、组成、特点、发展及应用等知识，通过实地参观去认识学校中的光纤通信系统。在实践过程中，按照光纤通信系统地点的不同分别进行记录。对实践过程中有疑问的地方进行备注并分析讨论。
(2)分析光纤通信系统。进行实地调查、参观，或由教师提供光纤通信系统图，对照光纤通信系统的组成，分析所参观的对象包含哪个或哪些组成部分及功能，并试找出参观过程中看到的设备或者材料；也可观看动画1-3，进行表1-3的数据填写。
表1-3 认识光纤通信系统
任务总结(拓展)
(1)了解光纤通信系统的组网结构。
(2)绘制光端机的框图(发射系统、接收系统)。
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