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光纤通信的发展历史
时间：2018-05-31
光纤通信 的发展，可以追溯到3 000年前的烽火台。在这方面，人类的祖先是应用光 通信的先驱。尽管古希猎也曾用过烽火台，但比中国晚了 200年。后来出现的灯语、旗 语和望远镜等都可以看做是原始形式的光通信。这种传递信忠的方法极为简单且信息 量有限。
我国光通信可以说始于公元前9世纪。长城修筑的历史可上溯到公元前9世纪的西周 时期，万里长城上的烽火台就是光通信的例子，据考证:“前线现察哨，燃烧1处烟火，表示1 级战斗准备，燃烧2处烟火，表示2级战斗准备，燃烧3处烟火，表示3级战斗准备,3级表示 有大战急战”。
但严格来说，它们都不能算作真正的光通信。
直到1880年，贝尔发明光电话，才可以算是控光通信的雏形。然而贝尔的“光电话”始 终没有走上实用化阶段。
究其原因有二：一是没有可靠的、高强度的光源；二是没有稳定的、低损耗的传输截止， 无法得到高质量的光通信。自此之后的几十年内，由于无法突破上述两个障碍，加之当时电 通信的高速发展，光通信的研究曾一度沉寂。解决光通信的出路在于找到合适的光源及理 想的传光介质。这种情况一直延续到20世纪60年代。
由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价 值，因而进展很摱。然而，光电话仍是一项伟大的发明，奠定了光通信的基础，它证明了用光 波作为栽波传送信息的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏形，是光通信的 基础。
光纤通信的里程碑
20世纪60年代初期，光纤通信发展史上迎来了第一个里程碑。
I960年，世界上第一台相干振荡光源——红宝石激光器问世。美国人梅曼（Maiman) 发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望，与普通光相比，激光具有波谱宽度 窄、方向性极好、亮度极高以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它 的特性与无线电波相似.是一种理想的光栽波。继红宝激光器之后，（He-Ne)激光 器、二氧化碳激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了 8 0 年的光通信进入一个崭新的阶段。我国光通信技术几乎是与世界同步发展的。1961年9月，月，中国科学院长春光学精密机械研究所也研制成功我国第一台红宝石（ruby)激光器 (laser一light amplifiran by stimulated emission of radiation)红宝石激光器可产生頻谱地纯度很高的光波，它的出现激起了世界性的光研究热潮，给沉寂已久的光通信研究注入了活力， 1962年，PN结砷化镓（GaAs)半导体激光器出现，尽管其还不能工作在室溫下，但它还是给 光通信的实用化光源带来了希望.
在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和C02激光器进行了大气激光通信 试验.实验证明：用承栽信信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰 減很大。例如，雨能造成30dB/km的衰減，浓雾衰减高达120dB/Km.另一方面，大气的密 度和溫度不均匀，造成折射率的变化，使光速位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受 到极大的限制，不能实现“全天候”通信。虽然，固体激光器的发明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使大气激光通信可以在江 河两库、海岛之间和某些特定场合使用，但是大气激光通信的稳定性和可靠性仍然没有 解决。
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束限制在特定的空间内传输，因 而提出了透嬈波导和反射镜波导的光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安 装一个透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。反射镜波导和透镜波 导相似，是用与光束传输方向成45°角的两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导， 从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现场施工中校准和安 装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人车稀少的 地区使用。
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究再度走入了低潮。
随后人们开始寻找用于激光通信的途径。1965年，E. Miller报道了由金属空心管内一 系列透铣构成的透镜光波导，可避兔大气传输的缺点，但因其结构太复杂且精度要求太高而 不能使用。而另一方面，光导纤维的研究正在扎实进行。
早在1951年，人们就发明了医疗用破璃纤维，但这种早期的光导纤维损耗很大，高达 1 000 db/km,也不能用做光纤通信的传输介质。1966年，英国标准电信研究所的华裔科学 家C. K. Kao博士和G. A. Hockham,对光纤传輸的前景发表了具有重大历史意义的论文“光频率的介质纤维表面波导”。论文分析了破璃纤维损耗大的主要原因，大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从1000 dB/km降低到20 dB/km甚至更 小，从而有可能用于通信.这篇论文鼓舞了许多科学工作者为实现低损耗的光纤而努力。 1970年，美国康宁玻璃公司的Kapron博士等三人，经过多次试验，终于研制出传输损耗仅 为20d B/km的光纤。这是光纤通信发展历史上的又一个里程碑。几乎在同时，室溫下连 续工作的双异质结GaAs半导体激光器研究成功。小型光源和低损耗光纤的同时问世，在 全世界范围内掀起了发展光纤通信的高潮。丨970年被人们定为光纤通信元年。中国的光 纤通信研究开始于1974年。
1985年，南安普敦大学的Mears等人制成了光化放大器（EDFA)。1986年，他们用 Ar离子激光器做泵浦源又制造出工作波长为1540nm的EDFA。尽管这种用Ar离子激光器做泵浦源的光放大器显然不可能在光纤通信得到应用，但用 掺饵光纤得到1550nm通信波长的光增益本身，却在全世界引起了广泛的兴趣，掀起了 EDFA的研究热潮。这是因为 EDFA的放大区域恰好与单糢光纤的最低损耗区域相重合，而且其具有高增益、宽频带、低 噪声、增益特性与偏振元关等许多优良特性。这是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。20世纪90年代初，波长1 550 nm的EDFA宣告研制成功并能实际推广应用。1994年 开始，EDFA进入商用。中国研究EDFA起步较晚，是从90年代开始的。
1989年G. MeLtz等人首次利用光纤的紫外光敏效应（1978年K. Hill等人首次发现光纤 中的光敏特性），采用两束相互干涉的紫外光束从側面注入光纤的方法制作出谐振波长位 于通信波段的光纤光柵（fiber grating)。1993年K. Hill等人提出了使用相位掩膜法制造光 纤光栅，使光纤光栅能灵活地、大批量地制造成为可能，之后，光纤光柵器件逐步走向实用 化。光纤光柵技术使得全光纤器件的研制和集成成为可能，从而为进入人们梦寐以求的全 光信息时代带来了无限生机和希望。可以说，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及 其集成的出现是光纤通信发展史上的又一个重要里程碑。
光纤通信的爆炸性发展
光纤通信是现在世界上发展最快的领域之一，平均每9个月性能翻一番、价辂降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。在短短的30多年间己经经历了五代通信系统的使用。
1977年，世界上第一个商用光纤通信系统在美国芝加哥的两个电话局之间开通，距离 为7 km,采用多模光纤，工作波长为0.85 um,光纤损耗为2.5 ~3 dB/km,传输速率为 44. 736 Mb/s,这就是通常所说的第一代光纤通信系统。
1977 ~ 1982年的第二代光纤通信系统特征是：采用1310 nm长波长多模或单模光纤， 光纤损耗为0.55 ~ I dB/km,传输速率为140 Mb/s,中继距离为20 ~50 km,于1982年开始 陆续投入使用，一般用于中、短距长途通信线路，也用做大城市市话局间中继线，以实现无中继传输。
1982 -1988年的第三代光纤通信系统采用1310 nm长波长单糢光纤，光纤损耗可以降至0. 3-0.5dB/Km,实用化、大规糢应用是其主要特征，传输信号为准同步数字体系（PDH) 的各次群路信号，中继距离为50~100 km,于1983年以后陆续投入使用，主要用于长途干 线和海底通信。
1988 ~ 1996年的第四代光纤通信系统主要特征是：开始采用1550nm波长窗口的光 纤，光纤损耗进一步降至0.2 dB/km主要用于建设同步数字体系（SDH)同步传送问络，传输速率达2. 5 Gb/s,中继距离为80 ~120 km,并开始采用摻饵光纤放大器（EDFA）和波分复 用器等新型器件。
1996年至今属于第五代光纤通信系统，主要特征是：采用密集波分复用（DWAW)技术 组建大容量传送平台，单波长信道传送速率已达10Gb/s甚至更高，另外，将语音、数据和图 像等各种业务和接口触合在统一平台上传送，如多业务传送平台（MSTP)等。
今后光纤通信将朝着全光传输交换的方向发展，即全光网络，网络更具智能特性。在传 送容量和传送距离等性能方面随着各种光技术及其器件的发展会有更大的突破。
阳光给人类带来了温暖和光明，光纤通信给人类带来了信息交流和情感的沟通，为人类 建设和和谐社会带了动力。
我国光通信可以说始于公元前9世纪。长城修筑的历史可上溯到公元前9世纪的西周 时期，万里长城上的烽火台就是光通信的例子，据考证:“前线现察哨，燃烧1处烟火，表示1 级战斗准备，燃烧2处烟火，表示2级战斗准备，燃烧3处烟火，表示3级战斗准备,3级表示 有大战急战”。
但严格来说，它们都不能算作真正的光通信。
直到1880年，贝尔发明光电话，才可以算是控光通信的雏形。然而贝尔的“光电话”始 终没有走上实用化阶段。
究其原因有二：一是没有可靠的、高强度的光源；二是没有稳定的、低损耗的传输截止， 无法得到高质量的光通信。自此之后的几十年内，由于无法突破上述两个障碍，加之当时电 通信的高速发展，光通信的研究曾一度沉寂。解决光通信的出路在于找到合适的光源及理 想的传光介质。这种情况一直延续到20世纪60年代。
由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价 值，因而进展很摱。然而，光电话仍是一项伟大的发明，奠定了光通信的基础，它证明了用光 波作为栽波传送信息的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏形，是光通信的 基础。
光纤通信的里程碑
20世纪60年代初期，光纤通信发展史上迎来了第一个里程碑。
I960年，世界上第一台相干振荡光源——红宝石激光器问世。美国人梅曼（Maiman) 发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望，与普通光相比，激光具有波谱宽度 窄、方向性极好、亮度极高以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它 的特性与无线电波相似.是一种理想的光栽波。继红宝激光器之后，（He-Ne)激光 器、二氧化碳激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了 8 0 年的光通信进入一个崭新的阶段。我国光通信技术几乎是与世界同步发展的。1961年9月，月，中国科学院长春光学精密机械研究所也研制成功我国第一台红宝石（ruby)激光器 (laser一light amplifiran by stimulated emission of radiation)红宝石激光器可产生頻谱地纯度很高的光波，它的出现激起了世界性的光研究热潮，给沉寂已久的光通信研究注入了活力， 1962年，PN结砷化镓（GaAs)半导体激光器出现，尽管其还不能工作在室溫下，但它还是给 光通信的实用化光源带来了希望.
在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和C02激光器进行了大气激光通信 试验.实验证明：用承栽信信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰 減很大。例如，雨能造成30dB/km的衰減，浓雾衰减高达120dB/Km.另一方面，大气的密 度和溫度不均匀，造成折射率的变化，使光速位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受 到极大的限制，不能实现“全天候”通信。虽然，固体激光器的发明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使大气激光通信可以在江 河两库、海岛之间和某些特定场合使用，但是大气激光通信的稳定性和可靠性仍然没有 解决。
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束限制在特定的空间内传输，因 而提出了透嬈波导和反射镜波导的光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安 装一个透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。反射镜波导和透镜波 导相似，是用与光束传输方向成45°角的两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导， 从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现场施工中校准和安 装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人车稀少的 地区使用。
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究再度走入了低潮。
随后人们开始寻找用于激光通信的途径。1965年，E. Miller报道了由金属空心管内一 系列透铣构成的透镜光波导，可避兔大气传输的缺点，但因其结构太复杂且精度要求太高而 不能使用。而另一方面，光导纤维的研究正在扎实进行。
早在1951年，人们就发明了医疗用破璃纤维，但这种早期的光导纤维损耗很大，高达 1 000 db/km,也不能用做光纤通信的传输介质。1966年，英国标准电信研究所的华裔科学 家C. K. Kao博士和G. A. Hockham,对光纤传輸的前景发表了具有重大历史意义的论文“光频率的介质纤维表面波导”。论文分析了破璃纤维损耗大的主要原因，大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从1000 dB/km降低到20 dB/km甚至更 小，从而有可能用于通信.这篇论文鼓舞了许多科学工作者为实现低损耗的光纤而努力。 1970年，美国康宁玻璃公司的Kapron博士等三人，经过多次试验，终于研制出传输损耗仅 为20d B/km的光纤。这是光纤通信发展历史上的又一个里程碑。几乎在同时，室溫下连 续工作的双异质结GaAs半导体激光器研究成功。小型光源和低损耗光纤的同时问世，在 全世界范围内掀起了发展光纤通信的高潮。丨970年被人们定为光纤通信元年。中国的光 纤通信研究开始于1974年。
1985年，南安普敦大学的Mears等人制成了光化放大器（EDFA)。1986年，他们用 Ar离子激光器做泵浦源又制造出工作波长为1540nm的EDFA。尽管这种用Ar离子激光器做泵浦源的光放大器显然不可能在光纤通信得到应用，但用 掺饵光纤得到1550nm通信波长的光增益本身，却在全世界引起了广泛的兴趣，掀起了 EDFA的研究热潮。这是因为 EDFA的放大区域恰好与单糢光纤的最低损耗区域相重合，而且其具有高增益、宽频带、低 噪声、增益特性与偏振元关等许多优良特性。这是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。20世纪90年代初，波长1 550 nm的EDFA宣告研制成功并能实际推广应用。1994年 开始，EDFA进入商用。中国研究EDFA起步较晚，是从90年代开始的。
1989年G. MeLtz等人首次利用光纤的紫外光敏效应（1978年K. Hill等人首次发现光纤 中的光敏特性），采用两束相互干涉的紫外光束从側面注入光纤的方法制作出谐振波长位 于通信波段的光纤光柵（fiber grating)。1993年K. Hill等人提出了使用相位掩膜法制造光 纤光栅，使光纤光栅能灵活地、大批量地制造成为可能，之后，光纤光柵器件逐步走向实用 化。光纤光柵技术使得全光纤器件的研制和集成成为可能，从而为进入人们梦寐以求的全 光信息时代带来了无限生机和希望。可以说，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及 其集成的出现是光纤通信发展史上的又一个重要里程碑。
光纤通信的爆炸性发展
光纤通信是现在世界上发展最快的领域之一，平均每9个月性能翻一番、价辂降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。在短短的30多年间己经经历了五代通信系统的使用。
1977年，世界上第一个商用光纤通信系统在美国芝加哥的两个电话局之间开通，距离 为7 km,采用多模光纤，工作波长为0.85 um,光纤损耗为2.5 ~3 dB/km,传输速率为 44. 736 Mb/s,这就是通常所说的第一代光纤通信系统。
1977 ~ 1982年的第二代光纤通信系统特征是：采用1310 nm长波长多模或单模光纤， 光纤损耗为0.55 ~ I dB/km,传输速率为140 Mb/s,中继距离为20 ~50 km,于1982年开始 陆续投入使用，一般用于中、短距长途通信线路，也用做大城市市话局间中继线，以实现无中继传输。
1982 -1988年的第三代光纤通信系统采用1310 nm长波长单糢光纤，光纤损耗可以降至0. 3-0.5dB/Km,实用化、大规糢应用是其主要特征，传输信号为准同步数字体系（PDH) 的各次群路信号，中继距离为50~100 km,于1983年以后陆续投入使用，主要用于长途干 线和海底通信。
1988 ~ 1996年的第四代光纤通信系统主要特征是：开始采用1550nm波长窗口的光 纤，光纤损耗进一步降至0.2 dB/km主要用于建设同步数字体系（SDH)同步传送问络，传输速率达2. 5 Gb/s,中继距离为80 ~120 km,并开始采用摻饵光纤放大器（EDFA）和波分复 用器等新型器件。
1996年至今属于第五代光纤通信系统，主要特征是：采用密集波分复用（DWAW)技术 组建大容量传送平台，单波长信道传送速率已达10Gb/s甚至更高，另外，将语音、数据和图 像等各种业务和接口触合在统一平台上传送，如多业务传送平台（MSTP)等。
今后光纤通信将朝着全光传输交换的方向发展，即全光网络，网络更具智能特性。在传 送容量和传送距离等性能方面随着各种光技术及其器件的发展会有更大的突破。
阳光给人类带来了温暖和光明，光纤通信给人类带来了信息交流和情感的沟通，为人类 建设和和谐社会带了动力。
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