因此，我们需要在一定的距离间隔中加入中继站来增强光信号，但是这样的方案有它自身的局限性。当一个光信号通过中继站放大之后再次传入光纤时，光与光纤内芯之间的相互作用会导致信号畸变，而这样的畸变随着距离的增加会越来越显着，打个比方来说，就像是在迷雾中，近距离的物体我们还可以看得比较清楚，但是距离增加，就越来越模糊了。这种畸变现象是非线性的，当信号强度加倍时，畸变量并非同样加倍，而是可能增长得更快。所以当一个信号通过中继站放大，如果放大的强度过大，产生的畸变就会将信号本身淹没在一片噪声中。针对光纤的研究主要就是寻找方法，争取在避免散射和畸变的同时，提高信号的信息容量和传播距离。

最开始的时候，光纤通信简单地用激光发射源的开和关来编码1和0。工程人员不断地提高光源的开关频率来提高信息的传送速率。到了20世纪80年代中期，光纤通信网络刚刚实现商业化没几年，这样的方案可以实现跨越数十千米，每秒几百兆bit信息的传送。

为了把信号传输距离延伸到50千米之外，需要一个中继器来放大已经严重衰减的信号，中继器先将光脉冲信号转化为电信号，滤除噪声，然后放大，最后将电信号转化回激光信号，送入下一段光纤。

这样的光电转换过程复杂且昂贵。幸好，在1986年，英国南安普顿大学的David Payne发明了一种更好的方法，在他的方案里，光信号可以直接在光纤中完成放大，而不需要外部电路。

Payne在光纤内芯中掺入一些稀土元素铒，他发现用激光照射铒原子使其进入激发态的，可以放大1.55微米波长的入射光，恰好是光纤所用的透射率最高的波段。到了90年代中期，用掺有铒的光纤制成的信号放大器已经被应用于长距离光纤通信。每隔一段距离设置一歌放大器（具体间隔取决于通信距离），可以实现500到数千千米距离间的光纤信号传送，更远的距离就需要更高成本的电路系统来滤除噪声和重制信号了。如今，铒光纤放大器组成的链条可以让光信号通过光纤穿越大洲大洋。

掺铒光纤放大器的出现，为提高通信容量提供了一条新的途径：多波段通信。铒原子实际上可以在一个波长范围内放大光信号，并且在波长1.53至1.57微米内放大倍数非常均匀。这个范围足够将多个信号集合在同一光纤内了，只需要给它们分配不同的窄波段。

【探索】未来怎样光纤通信又将如何继续提升？

图注：在图中左侧的信号源中，电信号被转化为光学信号，然后传入光纤中，每隔一段距离，就有掺杂了特殊材料的光纤制成的光学放大器来增强信号。在光纤的末端是接收器，接收器将光信号分为载波和数据本身，提取其中的数据分量，将其转化为电信号，然后通过选择器传入到不同的转换器中，再变为光信号传出，向下一个目的地传送。

多波段通信方案被称为波分复用技术（wavelength-divison multiplexing），它和激光信号开关频率的不断增加，促成了90年代中后期光纤通信通信容量的爆炸式增长。到了2000年，一个商业化的光纤通信系统可以同时放大80个独立的信号，每个信号携带着每秒10000兆位（10Gb）的数据。实际上在那个时候，没有谁需要这样的通信容量，所以当时只有一部分的波段被使用，而其他的波段可以日后再加入进去。

随着2000年以后互联网的飞速发展，网络运营商在已有的光纤通信系统中加入了更多的波段。但是很快，传统的信号编码方式已经达到了它的极限，如果没有其他新的技术或者更多的光纤，现有的系统很快就会饱和。开或关形式的信号一次只能发送1bit数据（如果光信号强度高于某个阈值，就表示1，如果低于某个阈值，就表示0）。这种编码方法如果想增加通信容量，唯一的方法就是工程研究人员一直致力争取的：更短的脉冲，或是更短的脉冲间隔。