一、 光纖通信的發展概況

光通信可追溯到我國古代3000多年前的烽火臺，這是一種可視光光通信。此后數千年間，遠距離通信一直是通過目視光通信來實現的。直到現在仍然在使用的信號彈、旗語及交通信號燈等，都屬于可視光通信的范疇?，F代光通信起源于1960年，梅曼（T.H.Maiman）發明了紅寶石激光器，產生了單色相干光，實現了高速的光調制。美國林肯實驗室首先研制出利用氦氖激光器通過大氣傳輸彩色電視信號的技術。但利用大氣傳輸光信號具有以下的缺點：氣候嚴重影響通信，如霧天；大氣的密度不均勻，傳輸不穩定；傳輸設備之間要求沒有阻隔。

利用光導纖維作為光傳輸媒介的光纖通信，其發展只有三四十年的歷史。1966年7月，英籍、華裔學者高錕博士（K.C.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）在PIEE雜志上發表了一篇十分著名的文章《用于光頻的光纖表面波導》，該文章從理論上分析、證明了用光纖作為傳輸媒體以實現光通信的可能性，并設計了通信用光纖的波導結構（即階躍光纖）。更重要的是科學地預言了制造通信用的超低耗光纖的可能性，即加強原材料提純，加入適當的摻雜劑，可以把光纖的衰耗系數降低到20dB/km以下。以后的事實發展雄辯地證明了高錕博士文章的理論性和科學大膽預言的正確性，所以該文章被譽為光纖通信的里程碑，高錕博士等人也因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。

1970年，美國康寧玻璃公司根據高錕博士的設想，用改進型化學相沉積法（MCVD法）制造出當時世界上第一根超低耗光纖，成為光纖通信爆炸性競相發展的導火索。

要實現長距離的光纖通信，必須減少光纖的衰減。高錕博士指出降低玻璃內過度金屬雜質離子是降低光纖衰減的主要因素。1974年，光纖衰減降低到2dB/km。1976年，通過研究發現降低玻璃內的OH離子含量就出現了衰減的長波長雙窗口：1.3μm和 1.55μm。1980年，1.55μm波長光纖衰減達到0.2dB/km，接近理論值。20世紀80年代中期，又發現水分和潮氣長期接觸光纖會擴散到石英光纖內，從而使光纖衰減增大且強度降低，于是采用注入油膏于光纖套管中隔絕水汽的方法，制成高品質的光纜用于工程。

要實現大容量的通信，要求光纖有很寬的帶寬。單模（SingleMode，SM）光纖的帶寬最寬，是理想的傳輸介質。但是單模光纖纖芯很細，20世紀70年代的工藝無法達到，因此，多模（MultiMode，MM）光纖較早應用，光在多模光纖各模式間存在光程差，造成輸出的光信號帶寬不寬。1976年，日本研制成漸變型（又稱自聚焦型，SELFCO）光纖，光纖的帶寬達到kHz/km數量級。20世紀80年代，單模光纖研制成功，帶寬增大到10kHz/km，這一成就使大容量光纖通信成為可能。20世紀80年代中期，零色散波長為1.55μm的光纖研制成功，光纖通信實現了長距離且超大容量的傳輸。

光纖通信還要有合適的光器件。1970年，美國貝爾實驗室研制出世界上第一只在室溫下連續工作的砷化鎵鋁半導體激光器，為光纖通信找到了合適的光源器件。后來逐漸發展到性能更好、壽命達幾萬小時的異質結條形激光器和現在的分布反饋式單縱模激光器（DFB），以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也從簡單的硅光電二極管（PIN）發展到量子效率達90%的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光電二極管（APD）。從此以后，光纖通信在世界范圍內得到迅猛發展，20世紀80年代以來，光纖通信應用已從850nm、1310nm、1550nm三個低衰耗波長窗口發展到全波段波長，同時開發出許多新型光電器件，激光器壽命已達數十萬小時甚至百萬小時。光纖通信逐漸普及并快速發展起來。

由于工程上的需要，各式各樣的光無源器件和光儀表也相應出現，如光活動連接器、光衰減器、光纖熔接機和光時域反射測試儀等。

20世紀90年代，通信技術高速發展，移動通信、衛星傳輸和光纖通信、將通信演變為高速、大容量、數字化和綜合的多媒體業務。在ITU-T的推動下，光纖通信的各種標準紛紛制定，如PDH、SDH、DWDM、AN和B-ISDN等。美國首先提出建立國家信息高速公路的構想——國家信息基礎建設（NII），隨后各國紛紛制定計劃，并推出全球的信息技術建設計劃（GII）。目前，光纖通信朝用戶方向延伸，即所謂的光纖到路邊（FTTC）、光纖到公寓（FTTA）、光纖到大樓（FTTB）、光纖到家庭（FTTH）。

FTTA、FTTB、FTTH構成當前的光纖接入網絡，最終將實現光纖到戶和光纖到桌面，如圖1.1所示。

圖1.1 光纖接入網絡