因此，我們需要在一定的距離間隔中加入中繼站來(lái)增強(qiáng)光信號(hào)，但是這樣的方案有它自身的局限性。當(dāng)一個(gè)光信號(hào)通過(guò)中繼站放大之后再次傳入光纖時(shí)，光與光纖內(nèi)芯之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變，而這樣的畸變隨著距離的增加會(huì)越來(lái)越顯著，打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，就像是在迷霧中，近距離的物體我們還可以看得比較清楚，但是距離增加，就越來(lái)越模糊了。這種畸變現(xiàn)象是非線(xiàn)性的，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度加倍時(shí)，畸變量并非同樣加倍，而是可能增長(zhǎng)得更快。所以當(dāng)一個(gè)信號(hào)通過(guò)中繼站放大，如果放大的強(qiáng)度過(guò)大，產(chǎn)生的畸變就會(huì)將信號(hào)本身淹沒(méi)在一片噪聲中。針對(duì)光纖的研究主要就是尋找方法，爭(zhēng)取在避免散射和畸變的同時(shí)，提高信號(hào)的信息容量和傳播距離。
最開(kāi)始的時(shí)候，光纖通信簡(jiǎn)單地用激光發(fā)射源的開(kāi)和關(guān)來(lái)編碼1和0。工程人員不斷地提高光源的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)提高信息的傳送速率。到了20世紀(jì)80年代中期，光纖通信網(wǎng)絡(luò)剛剛實(shí)現(xiàn)商業(yè)化沒(méi)幾年，這樣的方案可以實(shí)現(xiàn)跨越數(shù)十千米，每秒幾百兆bit信息的傳送。
為了把信號(hào)傳輸距離延伸到50千米之外，需要一個(gè)中繼器來(lái)放大已經(jīng)嚴(yán)重衰減的信號(hào)，中繼器先將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，濾除噪聲，然后放大，最后將電信號(hào)轉(zhuǎn)化回激光信號(hào)，送入下一段光纖。
這樣的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程復(fù)雜且昂貴。幸好，在1986年，英國(guó)南安普頓大學(xué)的David Payne發(fā)明了一種更好的方法，在他的方案里，光信號(hào)可以直接在光纖中完成放大，而不需要外部電路。
Payne在光纖內(nèi)芯中摻入一些稀土元素鉺，他發(fā)現(xiàn)用激光照射鉺原子使其進(jìn)入激發(fā)態(tài)的，可以放大1.55微米波長(zhǎng)的入射光，恰好是光纖所用的透射率最高的波段。到了90年代中期，用摻有鉺的光纖制成的信號(hào)放大器已經(jīng)被應(yīng)用于長(zhǎng)距離光纖通信。每隔一段距離設(shè)置一歌放大器（具體間隔取決于通信距離），可以實(shí)現(xiàn)500到數(shù)千千米距離間的光纖信號(hào)傳送，更遠(yuǎn)的距離就需要更高成本的電路系統(tǒng)來(lái)濾除噪聲和重制信號(hào)了。如今，鉺光纖放大器組成的鏈條可以讓光信號(hào)通過(guò)光纖穿越大洲大洋。
摻鉺光纖放大器的出現(xiàn)，為提高通信容量提供了一條新的途徑：多波段通信。鉺原子實(shí)際上可以在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)放大光信號(hào)，并且在波長(zhǎng)1.53至1.57微米內(nèi)放大倍數(shù)非常均勻。這個(gè)范圍足夠?qū)⒍鄠�(gè)信號(hào)集合在同一光纖內(nèi)了，只需要給它們分配不同的窄波段。
【探索】未來(lái)怎樣光纖通信又將如何繼續(xù)提升？
圖注：在圖中左側(cè)的信號(hào)源中，電信號(hào)被轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)，然后傳入光纖中，每隔一段距離，就有摻雜了特殊材料的光纖制成的光學(xué)放大器來(lái)增強(qiáng)信號(hào)。在光纖的末端是接收器，接收器將光信號(hào)分為載波和數(shù)據(jù)本身，提取其中的數(shù)據(jù)分量，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)選擇器傳入到不同的轉(zhuǎn)換器中，再變?yōu)楣庑盘?hào)傳出，向下一個(gè)目的地傳送。
多波段通信方案被稱(chēng)為波分復(fù)用技術(shù)（wavelength-divison multiplexing），它和激光信號(hào)開(kāi)關(guān)頻率的不斷增加，促成了90年代中后期光纖通信通信容量的爆炸式增長(zhǎng)。到了2000年，一個(gè)商業(yè)化的光纖通信系統(tǒng)可以同時(shí)放大80個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)攜帶著每秒10000兆位（10Gb）的數(shù)據(jù)。實(shí)際上在那個(gè)時(shí)候，沒(méi)有誰(shuí)需要這樣的通信容量，所以當(dāng)時(shí)只有一部分的波段被使用，而其他的波段可以日后再加入進(jìn)去。
隨著2000年以后互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在已有的光纖通信系統(tǒng)中加入了更多的波段。但是很快，傳統(tǒng)的信號(hào)編碼方式已經(jīng)達(dá)到了它的極限，如果沒(méi)有其他新的技術(shù)或者更多的光纖，現(xiàn)有的系統(tǒng)很快就會(huì)飽和。開(kāi)或關(guān)形式的信號(hào)一次只能發(fā)送1bit數(shù)據(jù)（如果光信號(hào)強(qiáng)度高于某個(gè)閾值，就表示1，如果低于某個(gè)閾值，就表示0）。這種編碼方法如果想增加通信容量，唯一的方法就是工程研究人員一直致力爭(zhēng)取的：更短的脈沖，或是更短的脈沖間隔。
