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光纤是人们熟悉的电磁波，其波长在微米级，相对应的频率非常高（10 14 ～10 15 Hz），因此它特别适于作宽带信号的载频。目前，光纤通信使用的波长范围为0.8～1.8μm。
光纤通信已经是各种通信网的主要传输方式，光纤通信在信息高速公路的建设中扮演着至关重要的角色。欧美一些发达国家已经赋予了光纤通信在国家发展中的战略地位。现在光纤的使用已经不只限于陆地，光纤已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，这些海底光缆使得全球通信变得非常简单快捷。现在不少发达国家又把光缆铺设到了住宅前，实现了光纤到办公室、光纤到家庭。光纤通信技术之所以发展这样迅速，除了人们日益增长的信息传输和交换需要外，主要是由光纤通信本身所具有的以下优点决定的。
光波频率很高，可供利用的频带很宽。尤其适合高速宽带信息的传输，在未来的高速通信干线，以及宽带综合服务通信网络中，更能发挥作用。
光纤的损耗很低。可以大大增加通信距离。这对长途干线通信、海底光缆通信十分有利，在采用先进的相干通信技术、光放大技术和孤子通信技术之后，通信距离可提高到几百千米甚至上千千米。
光纤抗电磁干扰能力很强。这对于电气铁道和高压电力线附近的通信极为有利，也不怕雷击和其他工业设备的电磁干扰，光纤系统也没有发生电火花的危险，因此在一些要求防爆的场合使用光纤通信是十分安全的。
光纤内传播的光能几乎不会向外辐射。因此很难被窃听，也不存在光缆中各根光纤之间信号串扰。
在运用频带内，光纤对每一频率成分的损耗几乎是一样的。因此在中继站和接收端只需采取简单的均衡措施就可以，甚至可以不加均衡措施。
光纤是电的绝缘体。因此通信线路的输入端和输出端是电绝缘的，这就没有电位差和接地的问题。同时还有抗核辐射能力。
光纤的原材料是石英。来源十分丰富，可以说是取之不尽。另外光缆质量轻，便于敷设和架设。
光纤通信系统是以光为载波、以光纤为传输介质的通信系统，可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。用户要传输的信息多种多样，一般有话音、图像、数据或多媒体信息。为叙述方便，这里仅以数字电话和模拟电视为例简要介绍一下光纤通信系统的组成。
信息源把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。电发射机把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。例如，对于数字电话传输，电话机把话音转换为频率范围为0.3～3.4kHz的模拟基带信号，电发射机把这种模拟信号转换为数字信号，并把多路数字信号组合在一起。模/数转换普遍采用脉冲编码调制（Pulse-code modulation, PCM）方式实现。一路话音转换成传输速率为64kbit/s的数字信号，然后用数字复接器把30路PCM信号组合成2.048Mbit/s的一次群甚至高次群的数字系列，最后把这种已调信号输入光发射机。还可以采用频分复用技术，用来把不同信息源的模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制成指定的不同频率的射频（Radio Frequency, RF）电波，然后把多个这种带有信息的RF信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。在这个过程中，受调制的RF电波称为副载波，这种采用频分复用的多路信号传输技术，称为副载波复用（Supply Chain Management, SCM）。
不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。电接收机的功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息。
在整个通信系统中，在光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备与电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输。光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通信在通信网、广播电视网、计算机局域网和广域网、综合业务光纤接入网以及在其他数据传输系统中，都得到了广泛应用。
光纤通信系统中采用的光源主要有半导体激光器和半导体发光二极管两种。
光纤通信对光源的要求很高，首先是输出功率要大，发光峰值波长要适应光纤的要求，频率响应要宽或码速要高，另外还要求输出光谱窄、辐射角小，最后还要求体积小、寿命长、成本低。
半导体砷化镓（GaAs）材料的发现，对于光纤通信用的光源起了决定性作用。目前光纤通信用的光源已从单纯的GaAs构成的光源发展成双异质结的光源，以及利用光栅式结构的新型分布反馈型激光器（Distributed Feedback Laser, DFB），其性能有了很大改善。调制带宽已可做到几个GHz以上。
半导体激光器的特点是单色性好、相干性好、方向性强。特别是发射角小的特点对光纤通信特别有用。长距离的光纤通信系统光源一定要用较强光功率的半导体激光器，高速率的系统也一定是用此类激光器。
激光器技术正在进一步向前发展，可调谐半导体激光器也正在开发。发光二极管的特点是线性好，受温度影响小，发出的光谱较宽。另一方面，发光二极管发光功率小、方向性差，因而目前主要用在短距离光纤通信中。
发光的基本原理：在研究电子和光之间的相互作用时，可以发现有三种不同的基本过程，即光的自发辐射、光的受激吸收和光的受激辐射，这就是半导体激光器的基本工作原理。
光发送机与光接收机统称为光端机。光纤通信系统主要包括光纤（光缆）和光端机。每一部光端机又包括光发送机和光接收机两部分，通信距离长时还要加光中继器。光发送机完成电光转换，光接收机完成光电转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长通信距离。
数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的控制电路及光源的监测和保护电路等。
均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。
码型变换：将HDB3（High Density Bipolar of Order 3 code）码或CMI（Coded Mark Inversion ode）码变换为NRZ（Non-Return-to-Zero ode）码。
复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程。
扰码：使信号达到“0”“1”等概率出现，利于时钟提取。
时钟提取：提取PCM中的时钟信号，供给其他电路使用。
调制（驱动）电路：完成电光变换任务。
光源：产生作为光载波的光信号。
温度控制和功率控制：稳定工作温度和输出的平均光功率。
其他保护、监测电路：如光源过电流保护电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警等。
1．光接收机作用
光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减的、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路保证稳定的输出。光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。
光电检测器将光信号变换为电信号。
前置放大器作用是将光信号转变的电信号进行放大。
主放大器的作用主要是提供足够高的增益，将来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。
均衡器的作用是对已畸变（失真）和有码间干扰的电信号进行均衡补偿，减小误码率。
自动增益控制的作用是增加了光接收机的动态范围，使光接收机的输出保持恒定。
再生电路的任务是将放大器输出的余弦波形恢复成数字信号。
时钟提取：提取PCM中的时钟信号，供给其他电路使用。
2．光电集成接收机
为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力开发而且已实现单片光接收机，即用“光电集成电路技术”在同一芯片上集成包括光检查器在内的全部元件。
3．噪声特性
光接收机的噪声有两部分：一部分是外部电磁干扰产生的，这部分噪声可以通过屏蔽或滤波加以消除；另一部分是内部产生的，这部分噪声是在信号检测和放大过程中引入的随机噪声，只能通过器件的选择和电路的设计与制造尽可能减小，一般不可能完全消除。
光接收机噪声的主要来源是光检测器的噪声和前置放大器的噪声。因为前置级输入的是微弱信号，其噪声对输出信噪比影响很大，而主放大器输入的是经前置级放大的信号，只要前置级增益足够大，主放大器引入的噪声就可以忽略。
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成；缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小，因而得到广泛应用。
随着人类社会信息时代的到来，对通信的需求呈现加速增长的趋势。发展迅速的各种新型业务（特别是高速数据和视频业务）对通信网的带宽（或容量）提出了更高的要求。为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络交互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。在光纤通信系统中，出现的复用技术有光波分复用、光时分复用、光频分复用、光码分复用以及副载波复用技术。