光纤链路通常是光纤通信系统的一部分，它提供两点之间的数据连接。它本质上由数据发送器、传输光纤和接收器组成。即使对于很长的传输距离，也可以实现数Gbit/s甚至数Tbit/s的极高数据速率。
所使用的组件主要基于光纤，下面从简单的单通道系统开始进行解释。随后讨论更复杂的方法。
光纤链路示意图，包括数据发送器、带有多个光纤放大器的长传输光纤和接收器。放大器可以补充额外的组件，用于色散补偿或信号再生。
一、传输格式
在大多数情况下，数据传输是数字的，使得系统非常通用并且相对不敏感，例如对非线性失真。存在各种不同的调制格式，即用于对信息进行编码的不同方法。例如，简单的不归零(NRZ)格式通过发送高或低光功率值来传输后续比特，比特之间没有间隙，并且具有额外的同步手段。相比之下，归零(RZ)格式很容易通过在每个比特后返回到静止状态来实现自同步，但对于相同的数据速率，它需要更高的光传输带宽。除了设备的详细信息和所需的光带宽(与调制效率)，不同的传输格式在其敏感性方面也有所不同，例如对噪声影响和串扰的敏感性。
二、发射器
发射器将电子输入信号转换为调制光束。信息可以通过例如光功率、光相位或偏振进行编码;强度调制是zui常见的。光波长通常位于所谓的电信窗口之一
典型的发射器基于单模 激光二极管，它可以通过其驱动电流直接调制，也可以使用外部光调制器。直接调制是更简单的选择，可以以 10 Gbit/s
甚至更高的数据速率工作。然而，激光二极管中载流子密度的变化会导致瞬时频率变化，从而导致线性调频脉冲形式的信号失真。。特别是对于长传输距离，这使得信号对色散的影响更加敏感。因此，对于高数据速率与长传输距离的组合，外部调制通常是首 选。然后激光器可以在连续波模式下工作，并且信号失真被zui小化。
对于甚至更高的单通道数据速率，可以采用时分复用，其中例如具有40Gbit/s的四个通道在时间上交织以获得160Gbit/s的总速率。对于具有归零格式的高数据速率，使用与强度调制器相结合的脉冲源可能是有利的。这降低了对调制器的带宽需求，因为调制器的透射率在脉冲之间如何变化并不重要。
为了实现高数据速率，发射器需要满足许多要求。特别是，实现高消光比、低定时抖动、低强度噪声和精 确控制的时钟速率非常重要。当然，数据传输器应该在zui少的操作员干预下稳定可靠地运行。
在简单的情况下，发射器中使用发光二极管，但由于空间相干性差，这需要使用多模光纤。由于模间色散，传输速率或距离受到限制;对于更长的带宽-距离产品，需要单模光纤。对于短距离，几百
Mbit/s 是可能的。
三、传输光纤
中长距离传输时，传输光纤通常采用单模光纤，短距离传输时，也可以采用多模光纤。在后一种情况下，模间色散会限制传输距离或比特率。
长距离宽带光纤通道可以在某些点包含光纤放大器(集总放大器)，以防止功率水平下降到太低的水平。或者，可以使用分布式放大器，通过传输光纤本身实现，通过注入额外的强大泵浦光束(通常来自接收器端)产生拉曼增益。此外，还有色散补偿(抵消光纤色散的影响)和信号再生的装置可能会被雇用。后者意味着不仅恢复了功率电平，还恢复了信号质量(例如脉冲宽度和定时)。这可以通过纯粹的光信号处理来实现，或者通过电子检测信号、应用一些光信号处理并重新发送信号来实现。
四、接收器
接收器包含某种类型的快速光电探测器(通常是光电二极管)和合适的高速电子设备，用于放大微弱信号(例如使用跨阻放大器)并提取数字(或有时是模拟)数据。对于高数据速率，可以包括用于电子色散补偿的电路。
雪崩光电二极管可用于特别高的灵敏度。接收器的灵敏度受到噪声的限制，噪声通常是电子来源的。但请注意，光信号本身伴随着光噪声，例如放大器噪声。这种光学噪声引入了任何接收器设计都无法消除的限制。下面更详细地讨论噪声影响。
五、双向传输
所谓的全双工链路提供两个方向的数据连接。这些可以简单地基于单独的光纤，或者使用单根光纤。后者可以例如通过在每一端使用光纤分束器来连接发射器和接收器来实现，发射器和接收器可以优选地在不同波长下工作。然而，双向操作的需要引入了各种权衡，这在某些情况下使得具有两个独立光纤的系统更可取。
六、多路复用
用于长距离传输的典型单通道系统具有例如2.5、10Gbit/s、40Gbit/s甚至160Gbit/s的传输容量。为了获得更高的数据速率，可以复用多个数据通道，通过光纤传输，然后再次分离以进行检测。
zui常见的技术是波分复用。这里，不同的中心波长被分配给不同的数据通道。甚至可以以这种方式组合数百个通道(DWDM =密集
WDM)，但通常首 选具有适度数量通道的粗 WDM，以保持系统更简单。主要挑战是通过非线性抑制通道串扰、平衡通道功率以及简化系统。
另一种方法是时分复用，其中多个输入通道通过在时域中嵌套进行组合，并且通常使用孤子来确保发送的超短脉冲即使在很小的脉冲间间隔下也能保持干净的分离。
zui后，可以采用各种形式的空分复用。例如，可以使用多芯光纤或少模光纤。对于短距离，例如数据中心内的连接，使用具有多根光纤的带状光缆可能会更简单。然而，该方法的缺点是电缆变得更笨重。
七、有源光缆
对于短传输距离，可以使用所谓的有源光缆，其中发射器和接收器牢固地连接到光纤电缆的末端。提供以太网、USB或HDMI等常用电接口，因此这种有源光缆的使用本质上与电缆相同，同时具有直径减小、重量减轻、传输距离更大等优点。
八、光纤到户
甚至可以使用光链路向单个家庭和办公室提供“zui后一英里”的数据。该技术称为光纤到户(FTTH)。然而，在许多情况下，zui后一英里仍然通过铜缆桥接，光纤传输仅发生在靠近用户的一些小站。
九、噪声和串扰造成的限制
zui终，任何系统的数据传输能力都受到噪声的限制。在放大光学系统中，量子噪声是不可避免的。它可以以不同的形式影响系统性能，例如定时抖动或影响光电探测的强度噪声。
除了噪声之外，某些系统信号失真也会限制传输距离或误码率。特别是，传输光纤的色散和非线性会导致严重的信号失真。如下图显示了所谓的眼图。在这里，“眼睛”睁得很大，因此信号仍然可以被很好地检测到。对于两倍的光纤长度，情况会有所不同。
光纤后电信信号的眼图
请注意，发射器对信号检测问题也有重要影响。例如，简单的直接调制发射机可能会产生一些不需要的频率啁啾，这增加了传输光纤中色散的影响，从而使得在一定传播距离后接收干净的信号变得更加困难。
一个相关的甚至更复杂的主题是不同通道(例如 WDM
系统)之间的串扰。在通道间隔恒定的系统中，通道还可以相互影响，即一个通道被放大，而牺牲另一个通道的功率。这些效应的影响很大程度上取决于系统架构，包括发射机类型、调制格式、光纤参数、检测技术等。这些效应的建模以及随后的通信系统优化是复杂的任务。
噪声和相关影响总是会导致一定的误码率，即传输比特的某些部分将无法被正确检测到。如果误码率处于足够低的水平，则可以使用某些技术检测到偶然的误码并进行纠正(例如，通过重新发送有缺陷的数据包)。为了增加传输距离和/或数据速率，误码率zui终设置了一些限制。在这种情况下，带宽-距离乘积通常用于比较不同的光纤链路。
十、用于定时分配和定时同步的光纤链路
虽然大多数光纤链路用于传输数据，但也有类似的系统用于分配超精 确定时信号。即使采用非常简单的技术，锁模激光器的超精 确脉冲间间距也能在数十公里的链路长度上得到很好的保留。先进技术还可以在很大程度上抑制不同群延迟的影响，例如由于光纤温度变化而导致的影响。例如，通过这种链接以非常高的精度同步激光振荡器已经成为可能。
