一、 光纤通信的发展概况

光通信可追溯到我国古代3000多年前的烽火台，这是一种可视光光通信。此后数千年间，远距离通信一直是通过目视光通信来实现的。直到现在仍然在使用的信号弹、旗语及交通信号灯等，都属于可视光通信的范畴。现代光通信起源于1960年，梅曼（T.H.Maiman）发明了红宝石激光器，产生了单色相干光，实现了高速的光调制。美国林肯实验室首先研制出利用氦氖激光器通过大气传输彩色电视信号的技术。但利用大气传输光信号具有以下的缺点：气候严重影响通信，如雾天；大气的密度不均匀，传输不稳定；传输设备之间要求没有阻隔。

利用光导纤维作为光传输媒介的光纤通信，其发展只有三四十年的历史。1966年7月，英籍、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》，该文章从理论上分析、证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并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的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆预言的正确性，所以该文章被誉为光纤通信的里程碑，高锟博士等人也因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟博士的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。

要实现长距离的光纤通信，必须减少光纤的衰减。高锟博士指出降低玻璃内过度金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素。1974年，光纤衰减降低到2dB/km。1976年，通过研究发现降低玻璃内的OH离子含量就出现了衰减的长波长双窗口：1.3μm和 1.55μm。1980年，1.55μm波长光纤衰减达到0.2dB/km，接近理论值。20世纪80年代中期，又发现水分和潮气长期接触光纤会扩散到石英光纤内，从而使光纤衰减增大且强度降低，于是采用注入油膏于光纤套管中隔绝水汽的方法，制成高品质的光缆用于工程。

要实现大容量的通信，要求光纤有很宽的带宽。单模（SingleMode，SM）光纤的带宽最宽，是理想的传输介质。但是单模光纤纤芯很细，20世纪70年代的工艺无法达到，因此，多模（MultiMode，MM）光纤较早应用，光在多模光纤各模式间存在光程差，造成输出的光信号带宽不宽。1976年，日本研制成渐变型（又称自聚焦型，SELFCO）光纤，光纤的带宽达到kHz/km数量级。20世纪80年代，单模光纤研制成功，带宽增大到10kHz/km，这一成就使大容量光纤通信成为可能。20世纪80年代中期，零色散波长为1.55μm的光纤研制成功，光纤通信实现了长距离且超大容量的传输。

光纤通信还要有合适的光器件。1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器（DFB），以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也从简单的硅光电二极管（PIN）发展到量子效率达90%的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管（APD）。从此以后，光纤通信在世界范围内得到迅猛发展，20世纪80年代以来，光纤通信应用已从850nm、1310nm、1550nm三个低衰耗波长窗口发展到全波段波长，同时开发出许多新型光电器件，激光器寿命已达数十万小时甚至百万小时。光纤通信逐渐普及并快速发展起来。

由于工程上的需要，各式各样的光无源器件和光仪表也相应出现，如光活动连接器、光衰减器、光纤熔接机和光时域反射测试仪等。

20世纪90年代，通信技术高速发展，移动通信、卫星传输和光纤通信、将通信演变为高速、大容量、数字化和综合的多媒体业务。在ITU-T的推动下，光纤通信的各种标准纷纷制定，如PDH、SDH、DWDM、AN和B-ISDN等。美国首先提出建立国家信息高速公路的构想——国家信息基础建设（NII），随后各国纷纷制定计划，并推出全球的信息技术建设计划（GII）。目前，光纤通信朝用户方向延伸，即所谓的光纤到路边（FTTC）、光纤到公寓（FTTA）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到家庭（FTTH）。

FTTA、FTTB、FTTH构成当前的光纤接入网络，最终将实现光纤到户和光纤到桌面，如图1.1所示。

图1.1 光纤接入网络