1.1.1 光纤通信发展史

从广义的概念上来说，凡是以光作为信息载体的通信方式都可被称为光通信。光通信的历史可追溯到远古时代，那时已经使用烟火信号传递信息。18世纪末采用中继器使机械代码信号可以传送约100km的距离，这种光通信系统传输速度很慢，其有效传输速率低于1bit/s。

19世纪30年代电报的出现让人类进入电信时代，利用新的电码（如莫尔斯电码）技术，信息传输速率提升到3～10bit/s，采用中继站后可以实现距离约1000km的通信。1866年，第一个越洋电报电缆系统投入运营。1876年电话的发明使通信技术发生了本质的变化，电信号通过连续变化的电流的模拟形式传送，这种模拟电通信技术支配了通信系统长达100年之久。

1880年，贝尔发明光电话系统，他利用太阳光作为光源，让光束通过透镜聚焦投射到话筒的薄膜上。薄膜随着话音振动，使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化，这就将话音信息调制在光波上了。光信号通过大气传到接收端，接收端的抛物面反射镜把光信号反射到硅光电池上，硅光电池将光能转换成电能，送到听筒，人们就可以听到从发送端传来的声音了。光电话系统的通话距离最长可达213m。但是光通信的两大关键要素——光源和传输介质在技术上存在的问题未能得到良好的解决。

1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器。同年，贝尔实验室发明氦氖激光器，初步解决了光源问题。但是这两种激光器的体积较大，未能进入实用阶段。

1966年，美籍和英籍华裔物理学家高锟（C.K.Kao）和他的同事霍克哈姆（G.A. Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了光纤通信的基础。高锟由此被称为“光纤之父”，并于2009年获得诺贝尔物理学奖。当时石英光纤的损耗高达1000dB/km，但高锟指出，石英光纤的高损耗并非其固有的特性，而是材料中所含的杂质造成的，如果能对材料进行提纯，就可以制造出适合远距离通信使用的低损耗光纤。

1970年，美国康宁公司率先实现突破，在1µm附近波长区将石英光纤的损耗降低到约20dB/km，取得了光纤发展史上划时代的进展。1972年，石英光纤的损耗下降到4dB/km,1973年则下降到2.5dB/km,1974年更是下降到1.1dB/km,1986年下降到0.154dB/km，接近石英光纤最低损耗的理论极限值。

与此同时，光源器件的研究也取得了重大进展，各国科学家分别研制成功了可在室温下持续工作的CaAs半导体激光器。1976年，日本研制成功了发射波长为1310nm的半导体激光器；1979年，美国和日本研制成功了发射波长为1550nm的半导体激光器。半导体激光器的成功研制和不断完善，使光纤通信系统的实用化成为可能。

半导体激光器和低损耗光纤的问世，在全世界范围内掀起了光纤通信的发展高潮，光纤通信进入飞速发展阶段，在不到20年的时间内，光纤通信系统的传输容量增加了几个数量级，传输速率达到吉比特每秒的水平。

1976年，美国在亚特兰大进行了世界上第一个实用多模光纤通信系统的现场试验，传输速率为44.7Mbit/s，传输距离为10km;1980年，美国标准化多模光纤通信系统在美国芝加哥市和圣塔莫尼卡之间投入商用，传输速率为44.7Mbit/s。

1983年，日本敷设了纵贯日本南北的长途光缆干线，全长3400km，初期传输速率为400Mbit/s，后来扩展至1.6Gbit/s。

1988年，第一条横跨大西洋的海底光缆建设完成，全长6700km;1989年，第一条横跨太平洋的海底光缆建设完成，全长13200km，从此，海底光缆通信系统的建设全面铺开，极大促进了全球通信网络的形成。

我国的光纤通信研究起步于20世纪70～80年代，1961年9月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制成功中国第一台红宝石激光器。1976年，由武汉邮电科学研究院赵梓森教授带领团队在实验室中拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，标志着我国的光纤通信进入实用化阶段。中国自行研制的层绞式多模光纤光缆曾先后在上海、北京、武汉等地开展现场试验，后在市内电话网内作为局间中继线试用。1984年以后，我国逐渐在长途线路中开始使用单模光纤光缆。20世纪90年代以后，光纤在我国已广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线。2005年，FTTH（光纤到户）技术使光纤走入千家万户，成为通信线路的中坚力量。到2023年上半年为止，我国光纤通信技术一直处在高速发展的状态，全国光纤产能达到1.66亿芯千米，国内光纤通信系统的建设需求得到了满足，同时也为全球多个国家的光纤通信系统建设提供了可靠支持。

综上所述，光纤通信的发展分为以下4个阶段。

第1阶段（1880—1969年）：光电话系统的发明和光纤通信理论的提出，光纤通信处于探索阶段。

第2阶段（1970—1979年）：低损耗光纤与半导体激光器的成功研制使光纤通信进入实用化阶段。

第3阶段（1980—1989年）：光纤的损耗下降至0.5dB/km以下，光纤类型由多模向单模转移，由短波长向长波长转移，光纤连接技术和器件的寿命较短的问题得到解决，系统的传输速率不断提高，光纤通信系统和光缆线路建设逐渐进入高潮。

第4阶段（1990年至今）：光纤传输技术从PDH（准同步数字体系）过渡到SDH、MSTP、WDM、OTN、PTN等，传输速率进一步提升。1989年，EDFA（掺铒光纤放大器）的问世解决了长途光纤传输信号的放大问题，给光纤通信带来巨大变革。随着各种新技术、新工艺、新器件的出现，光纤通信将进入光放大、光交叉连接（OXC）、光交换的全光网时代。