光纤通信技术的发展史及其现状
【内容摘要】
光纤通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纤通信能实际应用到人类传输信息中并不是一帆风顺的，其发展中经历了很多技术难关，解决了这些技术难题，光纤通信才能进一步发展。
本文从光源及传输介质、光电子器件、光纤通信系统的发展来展示光纤通信技术的发展。
【关键词】
光纤通信技术光纤光缆 光有源器件 光无源器件 光纤通信系统
【正文】
光自身固有的优点注定了它在人类历史上充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。
光纤通信是将要传送的图像、数据等信号调制到光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。
将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都需要一个发展的过程。
一、 光纤通信技术的形成
(一) 、 光通信的历史
光无处不在，这句话毫不夸张。在人类发展的早期，人类已经开始使用光传递信息了，这样的例子有很多。
原始形式的光通信是通过中国古代的“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。
1960年，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。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向。
1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。
1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。
1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2μm) 。在以后的 10 年中，波长为1.55 μm 的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km，
1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。
1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长) 。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为
1.55 μm 的连续振荡半导体激光器。
1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。
1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。
（二）光纤通信技术现状及其发展
目前国内光纤光缆的生产能力过剩，供大于求。特种光纤如FTTH （光纤到户）用光纤仍需进口，但总量不大，国内生产光纤光缆价格与国际市场没有差别，成本无法再降，已经是零利润，在国际市场没有太强竞争力，出口量很小。二十年来的光技术的两个主要发展，WDM （Wavelength Division Multiplexing：波分复用）和PON （Passive Optical Network：无源光纤网络），这两个已经相对比较成熟。
今天，40Gbps 的光通信系统得到广泛商用。作为新一代光网络的领军技术，40G 商用大门的开启，满足日益增长的带宽需求同时，还为ROADM 、先进光调制技术、超强EFC 等新技术的应用赢得了市场发展空间，并为全光网的演进、升级创造了条件。不过，这只是40Gbps 的一个开始，要承担起未来传输主力的重任，40G 还需要很多路要走。现在对40Gbps ，乃至更高速率的100Gbps 而言，光学硬件的发展是关键，同时还必须与其他光通讯技术协同发展，包括复杂的调制技术、信号处理技术、并行接口、主动追踪和补偿技术，这些条件对光通讯硬件产品提出了比以往更加高的要求。不过可以期待的是，40G 网络部署将会持续健康发展，现在行业最重要的事情是降低40G 的成本，让更多的用户接受它。
2010年6月10日, 阿尔卡特朗讯推出其第一套采用下一代相干通信技术的单载波100Gbps 光传输板卡。阿尔卡特朗讯表示已经有20多家运营商正在测试他们的100Gbps 传输系统。根据Lightreading 的报道，思科，NEC, Infinera, 诺基亚西门子以及中国的华为都在准备推出100Gbps 商用系统。据称华为的100Gbps 系统推出会放在2011年。阿尔卡特朗讯今天的宣布预料将会大大刺激100Gbps 设备市场的竞争态势光纤通信系统
光纤通信系统已经历了四代变更：
第一代光纤通信系统是在1973～1976年研制成功的45Mbit/s、0.85 m 多
模光纤系统。其光纤损耗在0.85μm 处为4dB/km，在1.06μm 处为2dB/km，LD （Laser Diode ，激光二极管）寿命达到106小时。此外组成系统的其他各个部分在性能上已基本满足要求。1978年投入使用的第一代光纤通信系统的速率范围在50～100Mbit/s，中继距离为10km 。
第二代光纤通信体统于1976～1982年研制成功，它可以传送中等码速的数字信号。其工作波长为1.30μm ，损耗为0.5dB/km，色散的最小值近似为零。
目前正处在大规模实用化的是第三代光纤通信系统。其工作波长为
1.31μm ，使用LD 可传输140～600Mbit/s的高码速信号，中继距离达30～50km 。
第四代光纤通信系统目前还处在实验室研制阶段。其主要思想是将零色散波长移到1.55μm ，这样可以使光纤损耗更低，色散为零。
目前，人们已经涉足第五代光纤通信系统的研究和开发，称之为光孤子通信系统。光孤子通信系统具有超长距离的传输能力，其应用潜力是巨大的。但是光孤子通信系统目前尚处于研究开发阶段，要真正进入实用化还需要解决一系列实际应用问题。
二、 我国光纤通信的发展
在国外光纤通信的研究起步不久，我国从1974年就开始了光纤通信的基础研究，并在几年之内就取得了阶段性的研究成果。在此基础上，20世纪70年代末进行了光纤通信系统现场试验。80年代主要进行光纤通信系统的实用化攻关，完成了武汉市话中继实用化工程，武汉-荆州多模光缆34Mbit/s省内干线工程以及合肥-芜湖140Mbit/s单模光缆一级干线工程等，为大规模推广应用打下了基础。90年代初期，我国开始了光纤通信系统的大量建设，光缆逐渐取代电缆，并完成了“八纵八横”国家干线。这些干线主要是采用PDH140Mbit/s系统。随着市场需求量的增加以及技术水平的不断提高，逐渐采用了SDH622Mbit/s和
2.5Gbit/s系统。郑州-洛阳-开封的16×2.5Gbit/s和上海-南京的32×10Gbit/s的波分复用数字光纤通信系统的研究开发与投入商用等工作正在加速进行之中。此外，国产的光器件产品在国际市场也具有较强的竞争力。由此可见，我国已具有大力发展光纤通信的综合实力。
1982年建武汉市话中继光缆（0.85μm 窗口、3.5dB/km，多模、8Mbit/s、13.5km ），1988年建第一条国产设备长途直埋光缆兰州至武威工程（1.30μm 窗口、1.2dB/km，多模、140Mb/s、286km ），1989年起大量用单模光纤建线路。至2000年底，光缆总长度达125万公里（其中长途干线光缆28.6万公里，中国电信23万公里、中国联通5.6万公里），通达250多个地市，总用光纤约3000万公里。上述线路基本上是G.652单模光纤（只有京九光缆放了六根G.653光纤），且1995年前只开通1310nm 窗口，1995年后才开通1550nm 窗口。传输速率九十年代末期才开始从622Mb/s提升到2.5Gb/s。这两年新建线路用到10Gb/s，波分复用最高达32，总传输容量达320Gb/s（32×10Gb/s）。1999年开始较多使用G.655光纤。
在光纤研制方面，我国对国际上现有的光纤类型都在跟踪研究并有了成果，武汉邮科院和长飞公司研制的非零色散位移光纤已经实用。其他如色散补偿光纤、偏振保持光纤、掺饵光纤、数据光纤、塑料光纤等均能达到生产阶段。光有
源器件的研制在掺饵光纤激光器、主动锁模光纤环形激光器、被动锁模光纤环形激光器、光纤光栅激光器、增益平坦EDFA 、高增益低噪声EDFA 、掺饵光纤均衡放大器、DFB-LD 与EA 型外调制器的集成器件等方面都有显著进展。
三、 结束语
总的说来，任何一项技术的发展都是要与人类生活相适应的。目前社会，很多产品都在向小型化、集成化方向发展，光纤通信领域的设备也不例外，而其技术则在向越来越有利于人类的方向发展，这些技术、设备的进步都是在我们的研究中不断进步的，我国的光纤通信技术还需要我们进一步的学习和研究发展。