1.1 光纤通信的发展史

1.光通信的雏形

光通信的历史可以追溯到古代的烽火通信，以及现在还在使用的交通信号和水上交通用的“旗语”等，在这些通信方式中，光信号本身即是信息，包含的信息非常少，不能称为严格意义上的光通信。

2.光通信的早期

18世纪60年代，英国发明第一架光电报机，利用日光作为光源，利用反光板的不同组合，通过空气作为传输介质，传递相应的信息。

19世纪80年代，美国的贝尔发明了光学电话，他以日光作为光源，采用话筒的薄膜随着声音的振动而振动来实现声光调制。做法是将日光发出的恒定光束投射到受声音控制的薄膜上，这样从薄膜上反射回来的光束强弱变化就携带了声音信息，然后，将这束被调制的光信号经大气传送到接收端。接收端采用一个大型抛物面反射镜和一个硅光电池组成光电检测器，将接收到的携带有信息的光信号转换成光电流，再把光电流送到听筒发声，从而完成了光电话通信。

从此之后，直到 1960年以前，光通信的发展几乎停滞不前，主要原因是碰到光源、光传输介质和光电检测器等技术障碍。光源：主要采用日光作为光源，而日光为非相干光，它的方向性不好，不易调制和传输。传输介质：以空气作为传输介质，损耗很大，无法实现远距离传输，而且通信也极不稳定可靠。光电检测器：硅光电池作为光电检测器，内部噪声很大，通信质量很差。

3.光纤通信发展的里程碑

尽管光通信有很多技术障碍，然而人们从来没停止过对它的研究。随着社会的不断进步，通信向大容量、长距离方向发展是必然的趋势。无论是有线通信还是无线通信，都是将低频信息调制转移到高频载波上去。载波频率越高，其所在频段频带越宽，通信容量就越大。

1966年7月，英籍华裔学者高锟博士和霍克哈姆在Proc.IEE杂志上发表了一篇十分著名的论文《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构（即阶跃光纤），更重要的是科学地预言了制造通信用低损耗光纤的可能性，即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰减系数在1000dB/km以上。在当时，对于制造衰减系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士论文的理论性和大胆预言的正确性，因而该论文被誉为光纤通信的里程碑。

4.光纤通信发展的实质性突破

光源：1960年，美国梅曼（Maiman）发明了红宝石激光器，它发出的是一种谱线很窄、方向性很好、频率和相位一致的相干光，易于调制和传输；其缺点是耦合率极低，无法在室温下运行，寿命很短，但是它的发明解决了光源方面的障碍，加速了光通信的研究和发展。

传输介质：1970年，美国康宁公司根据高锟论文的设想，用改进型化学汽相沉积法（MCVD 法）制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为光纤通信爆炸性发展的导火线。虽然当时康宁公司制造出的光纤只有几米长，衰减系数约20dB/km，但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用超低损耗光纤的可能性，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想媒体，这是光纤通信的重大实质性突破。

5.光纤通信爆炸性的发展

自 1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之猛、规模之大、速度之快远远超出人们的意料，从而使光纤通信技术取得了惊人的进展。

（1）光器件

1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一个在室温下连续工作、工作波长为0.85μm的双异质结注入式砷化镓铝半导体激光器，由于它体积小，易于与光纤耦合，为光纤通信找到了合适的光源器件；与此同时砷化镓铝发光二极管也制造成功，发光二极管寿命长，但是速率较低，功率小，谱线宽，属于非相干光源。为了配合光纤的长波长窗口，研制成功了铟镓砷磷半导体材料的长波长激光器和发光二极管。

随着技术的发展，性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在寿命达几十万小时的分布反馈式激光器（DFB-LD）以及多量子阱（MQW）激光器也相继研制成功。

光接收器件从硅光电二极管发展到量子效率达90%以上的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管。

（2）传输介质

自1970年以后，光纤损耗逐年降低。1970年，20dB/km；1972年，4dB/km；1974年，1.1dB/km；1976年，0.5dB/km；1979年，0.2dB/km；1990年，0.14dB/km，已经接近石英光纤的理论损耗极限值0.1dB/km。

（3）光纤通信系统

正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理器技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统，码速率仅为45Mbit/s，中继距离为10km。1985年，140Mbit/s 多模光纤通信系统商用化，并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。1990年，565Mbit/s 单模光纤通信系统进入商用化阶段，同时着手进行零色散位移光纤、波分复用及相干光通信的现场试验，而且已经陆续制定了同步数字体系（SDH）的技术标准。1993年，622Mbit/s的SDH 产品进入商用化。1995年，2.5Gbit/s 的SDH 产品进入商用化。1998年，10Gbit/s 的SDH 产品进入商用化。同年，以2.5Gbit/s 为基群、总容量为20Gbit/s 和 40Gbit/s 的密集波分复用（DWDM）系统进入商用化。2000年，以10Gbit/s为基群、总容量为320Gbit/s 的DWDM 系统进入商用化。此外，在智能光网络（ION）、光分插复用器（OADM）、光交叉连接设备（OXC）等方面也正在取得巨大进展。

总之，从1970年到现在，虽然只有短短40多年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。然而，就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术将向更高水平、更高阶段发展。