以往利用光纖作長距離光信號傳輸時，為了使光信號增幅通常需先將光信號轉換成電氣信號，之後再將已增幅的電氣信號轉換成光信號，不過2000年問世的光增幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier；EDFA），卻徹底解決上述煩瑣的光－電轉換作業困擾，由於EDFA可以直接將光信號增幅，使的光纖通信技術獲得革命性的進步，(圖一)是EDFA的外觀。
光增幅技術
有關光纖增幅器
EDFA
所謂的EDFA是利用波長為980nm或是1480nm的雷射二極體，激發已添加鉺（Erbium）元素的光纖，藉此使1550nm附近的光學信號直接增幅，不需經過煩瑣的光－電轉換。除此之外EDFA同時還可以概括性的使1550nm附近的DWDM信號增幅，因此EDFA可說是光纖通信史上非常重要的發明，由於EDFA的問世使得光纖通信正式進入高速大容量傳輸時代。
DSF與NZ-DSG
如上所述由於光纖增幅器FOA的問世，使得光纖也開始發生變化。例如DWDM的場合，每個波長的power即使非常微弱，基本上只要進行多重化，就可變成相當程度的光電力。然而分散shift型光纖（DSF）若應用於DWDM時，光纖會隨著光電力的增加產生非線形現象，最後造成無法獲得良好特性等反效果，有鑑於此刻意將1550nm波長稍作移動，製成所謂的non zero分散shift型光纖（NZ-DSF），然而這種光纖並非零分散，因此長距離通信時會有累積分散現象，也就是說如果是零分散光纖通信的場合，就必需改用分散補償型光纖，系統整體才能達成零分散的目的。
有關1300nm的光增幅器
1300nm光增幅器是由添加有鐠（Praseodymium）希土元素的EDF光纖所構成，雖然1300nm光增幅器可以使添加有鉺（Erbium）元素的光纖獲得良好的特性，不過添加有鐠希土元素的PDF光纖若不使用氟化物glass，就無法讓光纖獲得良好的特性，此外1300nm的SMF若使用分散補償光纖，就能使1550nm也成為零分散的話，意味著該系統直接由1550nm光增幅器執行1300nm的功能即可，不需由1300nm光增幅器代勞等原因，造成1300nm光增幅器的使用始終無法普及。
EFDA的動作原理
基本動作
(圖二)是EFDA的方塊圖（block），圖中的EDF是增幅用光纖，該光纖的core添加有鉺元素，雖然EDF的長度取決於鉺元素的含量（濃度），不過一般EDF的長度大約只有十公尺至數十公尺左右，適合EDF的雷射二極體的波長為980nm或是1480nm。需注意的是圖中的WDM耦合器（coupler）是將信號光與LD的激發光混合，再從一條光纖輸出是EFDA的核心部位。圖中的PD是指Power Detector，PD主要功能是監控（monitor）各種光學信號。
(圖三)是鉺元素的激發與釋放光線的機制圖；(圖四)是光線在EDF內增幅的機制圖。由圖的說明可知EDF的動作原理是利用LD連續發光特性，產生波長為980nm或是1480nm雷射光，當雷射光射入EDF時會激發鉺元素，使電子energy成為高階狀態，接著電子會任意釋放光線，之後便回復到低階energy狀態，如果輸入波長為1550nm的信號光時，信號光就會同步釋放光線，之後立刻回到原低energy狀態，由於無法區分元信號光與電子釋放的光線，因而可以獲得光增幅的效果，除此之外EDFA也可以使WDM信號或是脈衝光信號增幅，即使信號光非常微弱時都可獲得40dB以上的等化效應。目前已商品化的增幅器的最大輸出值是激發輸入值的50％以上，約等於30dBm（1W）左右。
EDFA各部位的功能
有關圖二記載的各部位功能作以下說明:
- ●耦合器1與PD 1：它是利用耦合器1將部份輸入信號分歧，再用PD 1監控輸入信號的level。
- ●Isolator 1：Isolator 1可讓信號光通過，阻擋EDF內部產生的雜訊與增幅後的信號折返輸入端。
- ●雷射光LD：半導體雷射二極體它可產生波長為1480nm或是980nm的雷射光。
- ●WDM耦合器：WDM耦合器可使LD雷射光與EDF結合，亦即它可將LD產生的雷射光傳遞至EDF，再將EDF內部增幅的信號傳遞至Isolator 2。
- ●Isolator 2：Isolator 2可以防止不明原因造成增幅光折返破壞LD。
- ●耦合器2與PD 2：它可監控從輸出連接器反射折返的光線level，如果搭配控制電路，當連接器發生異常狀況時，它可切斷增幅器的動作。
- ●耦合器2與PD 3：它可使耦合器2增幅的部份光信號分歧，再用PD3監控增幅level，如果搭配控制電路，即使動作環境有變化成（例如周圍溫度），仍可使光輸出power維持一定。
其它光增幅器
除了EDFA以外還有其它光增幅器，例如在玻璃導波路內添加稀土類元素，製成動作原理與LD相同的半導體光增幅器SOA與FOA等等，其中又以利用Raman增幅原理的Fiber Raman增幅器最具代表性。
光信號的基本量測方法
基本上光信號的量測與電氣信號的量測非常類似，兩者最大差異是量測光信號時必需擦拭連接器端面，避免粉塵、異物影響被測物的光學特性。
有關光power與光損失的量測
基本上光power與光損失是利用power meter量測，需注意的是量測時必需選用與power range、波長匹配的量測儀。有關光損失的量測，它可整合power meter與光源，再利用插入法量測，具體方法是將被測光纖插入光源與power meter之間，接著從插入前、後光power差異計算光損失。
利用OTDR量測光纖損失與長度
雖然利用插入法也能量測光纖的傳輸損失，不過量測的是長度高達數公里以上已成鋪設狀光纖時作業上相當煩瑣，因此必需使用OTDR（Optical Time Domain Reflectmeter）量測儀，利用脈衝信號進行障礙點探測，藉此量測光纖的傳輸損失，並判斷光纖是否發生斷線。
(圖五)是利用OTDR量測波長為1550nm SMF的結果；(圖六)是局部放大說明圖，圖中的近端是指OTDR與SMF（Single Mode Fiber）連接點或是附近而言；遠端是指Fiber Cable的終端或是附近而言。如果是無法用噪訊（noise）確認終端的場合，遠端是指噪訊與光纖的交點附近。圖六中的(2)～(3)之間階梯狀曲線是表示連接損失，亦即Fiber Cable的plug相互連接，或是Fiber Cable相互溶接部位的損失。由圖五是可知Fiber Cable相互連接部位與障礙點會產生反射，假設輸出光的power為P0(W)，反射光的power為Pr(W)，反射衰減量L(dB)就可用下式表示:
量測原理
若將脈衝光從光纖端面射入光纖內，理論上脈衝就可在光纖內傳輸，不過由於core含有不純物，因此脈衝光會因吸收、材料固有散亂與構造不均，造成振幅降低等現象，其中部份散亂、反射的光線會折返至光纖入射端，此處假設折返光在光纖任意點的比率都是均等狀，相對的離折返位置越遠，折返光的power就越弱，因此若用時間軸描繪光power時，就可獲得光纖在x方向的損失分佈。此外反射光在光纖的另一端也會折返，因此只要知道光線從該點折返耗費的時間，就可求出光纖的長度。光纖中的光線速度(m/sec)可用下式表示:
如果光纖有異常時在光線折返方式上會出現異常狀態，因此利用該特性就可以追查何處發生異常。值得一提的是折射率會因量測儀的光源波長與被測物 （光纖種類）的不同產生極大的差異，因此必需落實事前的校正作業，除此之外有關距離與損失等數據，量測儀會自動提供演算數據，因此不需另行計算。
結語
以上介紹光纖通信的硬體結構。由於網際網路的普及化，利用ADSL、行動電話進行高速無線存取，以及光纖到府（Fiber To The Home；FTTH）的增加，存取系統（access system）的資料通信速度也隨著大幅提高，相信不久的未來光纖通信將成為日常生活中不可或缺的一環。
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