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在通信技术领域，用户要求传送的语音、图像、数据及其各种组合统称为信息。通信过程就是信息传递的过程。随着科技的发展，通信过程从最初人与人之间的口口相传逐渐演变到目前人与机器、机器与机器之间的信息交换。
随着交换对象类型、数量的增加，数据信息量的扩大，通信系统应运而生。通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称，例如中国古代的驿站系统、近代的电报系统、当前的光纤通信系统和5G无线通信系统都是通信系统。
现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者被称为无线通信系统，后者被称为有线通信系统。当电磁波的波长达到光波范围时，这样的通信系统特称为光通信系统。有线光通信系统采用特制的玻璃纤维作为光的导引媒体，又称为光纤通信系统。
现代通信系统由交换、移动基站、传输、接入和计算机网络等多种系统相互融合组成。按照通信业务的不同，通信系统又可分为电话通信系统、数据通信系统和图像通信系统等。随着人们对通信容量的要求越来越高，对通信业务的要求越来越多样化，通信系统正迅速朝着数字化、宽带化的方向发展，而光纤通信系统在通信网中发挥着重要的作用，已经成为现代通信的主要支柱之一。
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有线通信方式。光纤通信系统由输入接口、光发送机、光纤线路、光中继、光接收机、输出接口、监控及网关设备等构成。光纤通信系统的构成如图1-1所示。
图1-1 光纤通信系统的构成
光纤通信系统基本组成部分是光发送机、光纤线路和光接收机。
光发送机的作用是把输入的电信号转换为光信号，并将光信号最大限度地注入光纤线路。光发送机由光源、驱动器和调制器组成，光发送机的核心是光源。目前，广泛使用的光源有半导体激光器（Laser Diode，LD）和半导体发光二极管（Light Emitting Diode，LED），半导体激光器也称为激光二极管。
光纤线路是光信号的传输媒质，光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器等组成。光纤传输损耗和光纤传输色散是光纤线路最重要的两个传输性能。通信光缆由缆芯、护层及加强构件组成，可以给光纤提供保护，避免受到外界机械力和环境的破坏，使光纤能够适应各种敷设场合。
光接收机的功能是把由光发送机发送的，经光纤线路传输后接收到的，已产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大、再生恢复为原来的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光接收机的核心是光检测器。目前广泛使用的光检测器有光电二极管和雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）。
光纤通信是光通信的主要部分，它的发展经历了三次技术飞跃。
高锟博士是杰出的华裔科学家，是公认的光纤通信的奠基人和开创者。1966年，高锟博士发表了一篇具有划时代意义的论述光通信基本原理和材料的文章《光频率介质纤维表面波导》，成为光纤通信开始的标志。
第一次飞跃，20世纪60年代，标志是光纤和激光器件的诞生。1962年第一个半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。1966年，高锟博士提出光纤理论，证明了充分提纯的石英纤维可以用作传输媒质，但是当时光纤的衰减超过了1000dB/km。1970年，美国康宁公司成功试验制造出衰减小于20dB/km的光纤；同年，贝尔实验室成功实现了可以在室温下连续工作的砷化镓半导体激光器（GaAs激光器），标志着实用化的光纤通信的开始。
第二次飞跃，20世纪70年代末，标志是长波长、低衰减窗口的发现和长寿命实用化光电器件的出现。1970年，双异质结构半导体激光器的发明，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年，人们发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世，光纤的衰减系数下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段。1977年，世界上第一个光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用。1979年，传输衰减降低至0.2dB/km。从20世纪80年代初开始，光纤通信便大步迈向了市场。
第三次飞跃，20世纪90年代初，标志是掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）研制成功。1985年，英国南安普顿大学首先成功研制EDFA，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er的光信号放大器。20世纪80年代后期开始，EDFA的研究工作不断取得重大突破。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为光源的外调制、波分复用器、色散补偿元件和光滤波器等一批光网络器件的应用创造了条件。以上新器件和新技术的应用迅速提高了光纤通信的数字传输速率，促成了波分复用技术的实用化，极大地增加了光纤通信的容量。EDFA成为当前光纤通信中应用最广泛的光放大器件。
从以上的光纤发展史可以看出，光纤容量很大，没有高速度的激光器和微电子就不能发挥光纤超大容量的作用。目前，电子器件的速率达到Gbit/s量级，高速激光器的出现使光纤传输达到Tbit/s量级（1Tbit/s=1024 Gbit/s），人们这才认识到“光纤的发明引发了通信技术的一场革命！”光纤通信全面取代其他有线通信的格局也随之形成。
我国光纤通信的研究始于20世纪70年代，1977年，国产第一根光纤研制成功；1982年12月31日，我国光纤通信的第一个实用化系统“八二工程”按期全线开通，正式进入武汉市市话网，标志着我国进入光纤数字通信时代；1987年，建成全长244.86km的“汉荆沙工程”（武汉—荆州—沙市），即第一个国产长途光纤通信系统……
从PDH
到SDH
再到DWDM
，光纤传输系统的速率从单芯8.448Mbit/s到2.5Gbit/s再到400Gbit/s。经过数十年的努力，我国已经能够生产光纤通信中主要的有源及无源器件、各类光纤光缆及相关的光纤通信系统，部分技术达到国际先进水平。华为在2018年展示了单波600Gbit/s超高速光传输系统，该系统能够实现400Gbit/s、600Gbit/s的高性能传输，单根光纤容量提升到40Tbit/s，传输距离提升30%～50%，这3组数据皆是现在通信行业的最高水平。
光纤通信与其他通信方式相比有着巨大的优势，因此获得迅速发展，具体体现在以下6个方面。
（1）传输频带宽，通信容量大
目前，光纤通信采用单模光纤，单模光纤的带宽极宽，可以获得极大的通信容量。光通信的工作频率为10 12 ～10 16 Hz，假设一个话路的频带为4kHz，则在一对光纤上可传输10亿路以上的话路。目前，96波400Gbit/s光纤传输系统已经投入商用，理论上一对单模光纤全部传送语音，可满足2500亿人同时进行无干扰的通话。
（2）传输衰减小，中继距离长
目前商用的G.652型光纤在1310nm波段的平均衰减可达到0.36dB/km，在1550nm波段的平均衰减可达到0.18dB/km，G.654超低损耗光纤在1550nm波段上的平均衰减可达到0.16dB/km。使用目前的光发送设备和光接收设备，采用分布式拉曼放大技术，可使32波×40Gbit/s波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）系统的无中继距离达到250km。因此，光通信系统可以减少中继站数目，在降低系统成本和复杂性的同时实现更大的无中继距离。而地面利用微波、同轴电缆通信的中继距离仅为50km。
（3）重量轻、体积小
相较于电缆，光纤重量轻，直径小，即使做成光缆，在芯数相同的条件下，重量也比电缆轻得多，体积也小得多。在舰船和飞机等空间狭小的场合，这个优点更突出。
（4）抗电磁干扰性能好
光纤的原材料是石英，抗腐蚀性能强，具有良好的绝缘和抗电磁干扰能力，能够避免通信中的电磁干扰问题，不受雷电及太阳黑子等电磁活动的干扰，通过与高压输电线等电力导体形成复合光缆，能够用于强电领域的通信系统。例如，在供电线路、电气化铁道等方面的通信应用，非金属加强芯光缆适合在强电磁干扰的高压电力线路周围、油田、煤矿和化工等易燃易爆环境中使用。
（5）泄漏小、保密性好
在现代社会中，不但国家的政治和经济情报需要保密，企业的经济和技术情报也成为竞争对手窃取的目标，因此，通信系统的保密性能是用户必须考虑的核心问题。电波传输会因为电磁波泄漏而出现串音情况，容易被窃听，现代侦听技术已能做到在离同轴电缆几千米以外的地方窃听电缆中传输的信号，可是窃听光缆却困难得多。因此，在要求保密性高的网络中不能使用电缆。
当光信号在光纤中传播时，光信号位于光纤中间直径8～11µm的区域，不受外界各种电磁干扰，泄漏的光信号非常微弱，即使在弯曲地段也无法被窃听，因此，信息在光纤中传输非常安全。
（6）节约金属材料
制造同轴电缆和波导管的金属材料在地球上的储量是有限的，而制造光纤的石英（主要成分为二氧化硅，即SiO 2 ）是地球表面分布最广的矿物之一。
光纤通信还有一些缺点。例如，光纤自身易受轴向拉力、侧向压力、水汽、宏弯曲的影响，对外力冲击、磨损、扭曲的抵抗能力弱，无法满足阻燃、防虫、防鼠、防化学腐蚀和电腐蚀等特殊环境的应用，需要对光纤进行保护。因此，通过光纤成缆，加装外护套和铠装层，供电线路就可以为光纤提供硬度、防潮、防蛀、抗拉等机械保护，满足特殊需要，提高了光纤的适用性。因此，光纤通信的应用范围比较广泛，不仅可以用于通信，而且可以用于工业及其他领域。
回顾光纤通信的发展历程可以发现，光纤通信总的发展趋势是不断提高信息速率、增加中继距离，满足用户需要。现阶段的光纤通信发展趋势主要体现在以下5个方面。
（1）光传输设备向大容量、全光网发展
光电子器件持续升级换代，向模块化、小型化发展；光传送检测技术以相干光通信为主，向光孤子通信方向发展。光纤通信系统的速率不断提高，2005年，3.2Tbit/s超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通，目前38.4Tbit/s光纤传输系统已经投入商用。原来约一人高的10Gbit/s以下的光传输设备，现在的设备体积已经缩小到笔记本大小，可以安装在楼道、电梯间等小型集装架中。
（2）随着光纤通信设备的更新，新一代光纤向大有效面积和超低损耗两个方向发展
超低损耗光纤与普通G.652光纤相比性能略小0.2～0.3dB/km。超低损耗光纤可以与现网光纤有效对接，接头损耗很小，超低损耗光纤应用到整个传输系统和网络中，增加成本不到1%，维护方式不变，受到维护部门的认可。与普通G.652光纤相比，大有效面积光纤在对抗非线性方面具有无可争议的优势，性能略小0.5dB/km，较大的有效面积将继续保持。在现有庞大的常规光纤资源范围内，大有效面积光纤的应用会遇到与常规光纤的对接问题。由于两者的有效面积失配，损耗太高，需要特殊设计的熔接机和全新的熔接方法，还需要更改大家非常熟悉和已经习惯的维护体系与维护规程，造成维护成本上升。超低损耗光纤比大有效面积光纤更符合现今传输网的实际需求。
（3）光纤通信的应用领域不再局限于电信行业
光纤通信设备正在加速向电力、铁路、交通、水利、厂矿、视频监控等其他非电信行业普及，这些行业逐步新建或租用光通信网络进行数据传输。
（4）国家发展战略推动完善光纤光缆基础网络的建设
我国建成全球规模最大的光纤宽带网络。光纤宽带用户接入速率实现从十兆到百兆、再到千兆的跃升。截至2024年10月末，全国互联网宽带接入端口数量达12亿个，其中光纤接入端口达到11.6亿个，占互联网宽带接入端口的96.4%。具备千兆网络服务能力的10G-PON端口数达2761万个。这些数据表明，我国光纤宽带网络建设稳步推进，千兆宽带用户数量持续增长。未来，我国将继续推进万兆光网建设，提升网络带宽和传输速度，为经济社会数字化转型提供更强有力的支撑。上海市已经率先建成“千兆城市”，并计划进一步实施“万兆启航”行动计划，推动万兆光网技术的应用和发展。
（5）虚拟现实（Virtual Reality，VR）、人工智能（Artif icial Intelligence，AI）、物联网和5G等新技术带来光纤技术与市场规模的双重提升
新技术的应用带来信息流量的爆发式递增，对光纤通信的传输容量、速率和时延提出了更高的要求，促进光纤通信的快速发展。一方面，5G的自身建设需要大量的基站，基站致密化的背后将是光纤需求的大幅提升。5G频谱向高频演进，高频率带来基站覆盖范围缩小导致基站数量增加。据估算，5G基站所需光纤数量将是4G基站的16倍以上。另一方面，5G将开启万物互联新时代，光纤通信网络需要连接除手机、计算机以外的设备，例如汽车、电网和公共设施等，需要更多的光纤去连接更密集的网络。未来，5G流量的大幅增长将带来巨大的带宽压力，对更大带宽、更高性能光纤通信系统的需求会长期存在，也对光纤网络提出持续的更新换代、扩容升级需求。