1 光传输技术发展及应用需求

1.1 光纤通信发展简史

伴随社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文化需求，通信向大容量、长距离的方向发展已经是必然的趋势。由于光波具有极大的频率（大约3 亿兆赫兹），也就是说具有极大的带宽，从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信，一直是人们几百年来追求的目标。

1.1.1 光纤通信的里程碑

在20世纪60年代中期以前，人们虽然苦心研究过光圈波导、气体透镜波导、空心金属波导管等，想用它们作为传送光波的媒体以实现通信，但终因它们要么衰耗过大要么造价昂贵而无法实用化。历经几百年，人们始终没有找到传输光波的理想传送媒体。

1966年7 月，英籍华裔学者高锟博士（K.C.Kao）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（即阶跃光纤）。更重要的是，它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。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1 000dB/km以上。对于制造衰耗系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可即的。后来的事实发展有力地证明了高锟博士文章的理论性及其科学大胆预言的正确性，因此该文被誉为光纤通信的里程碑。

1.1.2 导火索

1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，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。

虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗系数约20dB/km，而且几个小时之后便损坏了，逗号但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法去制造通信用的超低耗光纤是完全有可能的，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想传输媒体，这是光通信研究的重大实质性突破。

1.1.3 爆炸性发展

自1970年以后，世界许多发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之汹、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，从而使光纤通信技术得到了极其惊人的发展。

从光纤的衰耗系数来看：

1970 年：20dB/km

1972年：4dB/km

1974年：1.1dB/km

1976年：0.5dB/km

1979年：0.2dB/km

1990年：0.14dB/km

1990年时已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。

从光器件来看：1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波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）。

从光纤通信系统来看：正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从低水平到高水平、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。

1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化的光纤通信系统，传输速率为45 Mb/s，中继距离为10 km。

1980年，多模光纤通信系统商用化（140 Mb/s），并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。

1990年，单模光纤通信系统进入商用化阶段（565 Mb/s），并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干光通信的现场试验，而且陆续制定数字同步体系（SDH）的技术标准。

1993年，622 Mb/s以下的SDH产品开始商用化。

1995年，2.5 Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。

1996年，10 Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。

1997年，采用了波分复用技术（WDM）的20 Gb/s和40 Gb/s的SDH产品试验取得重大突破。

此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也正在取得巨大的进展。总之，从1970 年到现在虽然只有短短四十多年的时间，但光纤通信技术取得了极其惊人的发展。用带大极大的光波作为传送信息的载体以实现通信，几百年来人们梦寐以求的这一幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发和利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向着更高水平、更高阶段的方向发展。