光纖通信技術(shù)有哪些發(fā)展歷史？

一般而言，傳遞信息由以下三個環(huán)節(jié)組成：獲取信息、信息交換及信息傳輸。

光纖通信" target="_blank">光纖通信是其中的信息傳輸環(huán)節(jié)。

而信息傳輸有二個必要前提：

a. 可靠的信號源 ----在光纖通信中為激光器

b. 良好的傳輸媒體 ----在光纖通信中為光纖

隨著這兩個必要的條件的相續(xù)出現(xiàn)，光纖通信開始了它的飛速發(fā)展，拉開了光纖通信這個通信行業(yè)中最為重要的傳輸手段之一的技術(shù)的序幕。

容易想像，利用光在空氣中直線傳播的特點(diǎn)，進(jìn)行大氣傳輸光通信，不需要任何線路，簡單、經(jīng)濟(jì)。1960年梅曼(T.H.Maiman)發(fā)明了紅寶石激光器，產(chǎn)生了單色相干光，使高速的光調(diào)制成為可能。

此后相續(xù)出現(xiàn)了各色各樣的大氣傳輸系統(tǒng)實(shí)驗，但后來發(fā)現(xiàn)大氣傳輸光通信存在許多嚴(yán)重的問題，不可實(shí)際使用。

1966年，英籍華人高錕(C.K.Kao)和Hockham預(yù)見利用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)。

而當(dāng)時世界上最優(yōu)良的光學(xué)玻璃的衰減達(dá)1000dB/km左右。

1970年，美國康寧玻璃公司首先制出了衰減為20dB/km的光纖，取得了重大的突破。使得光纖通信成為可能。

1974年，光纖衰減降低到了2dB/km。

1980年，光纖衰減低達(dá)0.2dB/km(在1.55μm長波長低衰減窗口)，接近理論值。這樣，使得長距離的光纖通信成為可能。

并且，由于提純工藝的不斷改進(jìn)，使光纖的傳輸窗口從0.85μm的短波長窗口移到1.3μm、1.55μm的長波長低衰減窗口。

在1976年后，各種實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)。在1980年，世界許多國家都研制成商用的光纖通信系統(tǒng)。從此，光纖通信大踏步地走入了商用時期。

光纖商用化以來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖的品種經(jīng)歷了若干個重要發(fā)展階段。

今天，我們把階段歷程做一個簡要的回顧：

▉ 第一階段：多模光纖(第一窗口)

1966年7月，華裔科學(xué)家高錕就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有歷史意義的論文。該文分析了造成光纖傳輸損耗的主要原因，從理論上闡述了有可能把損耗降低到20dB/km的見解，并提出這樣的光纖將可用于通信。

2009年，高錕因為對光纖事業(yè)的突出貢獻(xiàn)，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

在理論的指引下，四年以后的1970年，美國康寧公司真的拉出了損耗為20dB/km的光纖，證明光纖作為通信介質(zhì)的可能性。

與此同時，美國貝爾實(shí)驗室發(fā)明了使用砷化鎵(GaAs)作為材料的半導(dǎo)體激光(semiconductor laser)，憑借體積小的優(yōu)勢，大量運(yùn)用于光纖通信系統(tǒng)中。

1972年，光纖的傳輸損耗降低至4dB/km。

至此，光纖通信時代，正式開啟。

1972-1981年，是多模光纖研發(fā)和應(yīng)用期。

前期第一個使用的光纖通信波長，是850nm，稱為第一窗口。

早期開發(fā)使用的，是階躍型多模光纖。接著開發(fā)了A1a類梯度多模光纖(50/125)，其衰減為3.0-3.5dB/km，帶寬為200-800MHz·km，數(shù)值孔徑為0.20±0.02或0.23±0.02。

后來，又開發(fā)使用了A1b類梯度多模光纖(62.5/125)，其衰減為3.0-3.5dB/km，帶寬為100-800MHz·km，數(shù)值孔徑為0.275±0.015。

這兩種光纖與850nm附近波長LED(發(fā)光二極管)相配合，形成早期的光通信系統(tǒng)。

當(dāng)時，LED光譜寬度為40nm，注入光功率為5或20μW，最大速率為5或60Mb/s。

▉ 第二階段：多模光纖(第二窗口)

70年代末到80年代初，光纖廠家又開發(fā)了第二窗口(1300nm)。

A1a類光纖衰減0.8-1.5dB/km，帶寬200-1200MHz·km。A1b類光纖衰減0.8-1.5dB/km，帶寬200-1000MHz·km。

與它們相配合使用的是高輻射LED，其光譜寬度為120nm，注入光功率為20μW，最大速率為100Mb/s。

▉ 第三階段：G.652及G.653、G.654單模光纖(第二、三窗口)

1982-1992年是G.652及G.653、G.654單模光纖的大規(guī)模應(yīng)用期，打開了光纖的第二窗口(1310nm)和第三窗口(1550nm)。

1973-1977年，世界各大光纖制造商開發(fā)了各種先進(jìn)的預(yù)制棒生產(chǎn)工藝——康寧開發(fā)出OVD技術(shù);日本的NTT、住友、古河、藤倉等聯(lián)合開發(fā)出VAD技術(shù);朗訊改善了MCVD技術(shù);荷蘭菲力浦開發(fā)了PCVD技術(shù)。

1982年，由美國開始，日、德等國家緊跟，全球開始大量建設(shè)G.652單模光纖長途工程。單模光纖的市場需求大增，刺激了大規(guī)模生產(chǎn)。

這時，康寧的OVD進(jìn)一步提高了沉積速率，VAD、MCVD、PCVD都外加套管來作為增大預(yù)制棒的措施。

此后，各家都照著兩步法的混合工藝來加大預(yù)制棒。

90年代，法國阿爾卡特開發(fā)了APVD技術(shù)(MCVD+等離子噴涂工藝)。

各大光纖制造商制造技術(shù)的重大進(jìn)步，為常規(guī)單模光纖的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了更好的條件。

1984年，第三窗口(1550nm)開始啟用。

同年，CCITT(國際電報電話咨詢委員會)發(fā)布G.651和G.652標(biāo)準(zhǔn)。

到1985年，G.652光纖1310nm的損耗已達(dá)0.35dB/km，1550nm的損耗已達(dá)0.21dB/km。

1985年，日本、美國研發(fā)的G.653色散位移光纖商用化，其特點(diǎn)是把零色散點(diǎn)從第二窗口移到第三窗口，1550nm波長不僅損耗最低，而且色散也最小。

1988年，CCITT發(fā)布G.653標(biāo)準(zhǔn)。此光纖大量用于日本的通信干線。

90年代初，摻鉺光纖放大器(EDFA)開始商用化，促使密集波分復(fù)用(DWDM)提上議事日程。

但是，G.653光纖在1550nm波長處的零色散，造成DWDM系統(tǒng)波道間的非線性干擾十分嚴(yán)重，因而沒在世界上推廣開來。

1995年，我國建設(shè)京九光纜工程，24芯纖中用了六根G.653光纖，一直沒開通。以后，我國也沒用G.653光纖。

這一時期，還產(chǎn)生了一種截止波長移位的光纖。它在1550nm處不但損耗低，而且微彎損耗小，適合使用光放大器的長途干線系統(tǒng)和海底光纜系統(tǒng)。

1988年，CCITT發(fā)布G.654標(biāo)準(zhǔn)。

▉ 第四階段：光纖窗口全開，特性全面發(fā)展

1993-2006年，光纖通信窗口擴(kuò)展到4、5窗口及S波段，光纖通信窗口全面打開，新開發(fā)四種新品種光纖，光纖特性更趨完善。

(1)、非零色散位移單模光纖G.655光纖(第三、第四窗口)

為抑制密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的四波混頻(FWM)和交叉相位調(diào)制(XPM)，減小光通道間的非線性干擾，非零色散位移光纖(WZDSF)在1993年問世了。

先是朗訊推出真波光纖，接著康寧推出了大有效面積LEAF光纖。

這些光纖一開始工作在第三窗口，即C波段(1530-1565nm)。1995年后，擴(kuò)展到第四窗口，即L波段(1565-1625nm)。

1996年，ITU-T制定了G.655標(biāo)準(zhǔn)。1998年之后，在全世界得到廣泛應(yīng)用。

(2)、低水峰單模光纖G.652C(第五窗口)

1998年，朗訊推出了全波光纖(即低水峰光纖)，使1383nm的水峰幾乎不存在(衰減<0.31dB/km)，打開了光纖的第五窗口，即E波段(1360-1460nm)。

1999年，中國開始用全波光纖做光纜，用于九江電信。

2000年，ITU-T制定了G.652C標(biāo)準(zhǔn)。

2001年，康寧做出了低水峰光纖。

2002年，G.652C光纖在全世界推廣。

從此，單模光纖從1260nm至1625nm波長范圍內(nèi)，具有優(yōu)異的衰減性能。

光通信就是利用光波來載送信息，實(shí)現(xiàn)通信。光纖是一種傳輸媒體，它的傳輸類似于銅線，電纜的傳輸，不同的是，它所承載的是光信號。光纖通信，即是以光纖為傳輸媒介的通信方式。

一般而言，傳遞信息由以下三個環(huán)節(jié)組成：獲取信息、信息交換及信息傳輸。

光纖通信是其中的信息傳輸環(huán)節(jié)。

而信息傳輸有二個必要前提：

a. 可靠的信號源 ----在光纖通信中為激光器

b. 良好的傳輸媒體 ----在光纖通信中為光纖

隨著這兩個必要的條件的相續(xù)出現(xiàn)，光纖通信開始了它的飛速發(fā)展，拉開了光纖通信這個通信行業(yè)中最為重要的傳輸手段之一的技術(shù)的序幕。

容易想像，利用光在空氣中直線傳播的特點(diǎn)，進(jìn)行大氣傳輸光通信，不需要任何線路，簡單、經(jīng)濟(jì)。1960年梅曼(T.H.Maiman)發(fā)明了紅寶石激光器，產(chǎn)生了單色相干光，使高速的光調(diào)制成為可能。

此后相續(xù)出現(xiàn)了各色各樣的大氣傳輸系統(tǒng)實(shí)驗，但后來發(fā)現(xiàn)大氣傳輸光通信存在許多嚴(yán)重的問題，不可實(shí)際使用。

1966年，英籍華人高錕(C.K.Kao)和Hockham預(yù)見利用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)。

而當(dāng)時世界上最優(yōu)良的光學(xué)玻璃的衰減達(dá)1000dB/km左右。

1970年，美國康寧玻璃公司首先制出了衰減為20dB/km的光纖，取得了重大的突破。使得光纖通信成為可能。

1974年，光纖衰減降低到了2dB/km。

1980年，光纖衰減低達(dá)0.2dB/km(在1.55μm長波長低衰減窗口)，接近理論值。這樣，使得長距離的光纖通信成為可能。

并且，由于提純工藝的不斷改進(jìn)，使光纖的傳輸窗口從0.85μm的短波長窗口移到1.3μm、1.55μm的長波長低衰減窗口。

在1976年后，各種實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)。在1980年，世界許多國家都研制成商用的光纖通信系統(tǒng)。從此，光纖通信大踏步地走入了商用時期。

注：到了現(xiàn)在，激光器的使用壽命已在100,000小時以上，光纖的典型傳輸窗口與損耗為：

1550nm窗口損耗0.18dB/KM

1310nm窗口損耗0.35dB/KM

在光纖通信中，我們常常會提到傳輸窗口的概念，大家知道，任何波長的光都可以在光纖中傳輸，而某幾個波長的光在光纖中的傳輸損耗低于其它波長的光在光纖中的傳輸損耗，這幾個特定的波長就是我們所說的傳輸窗口，目前最常用的傳輸窗口就是在上面所提到的850nm，1310nm以及1550nm。

損耗的計算公式如下：損耗(dB)=10lg(輸入/輸出)。

損耗的單位dB為相對單位，代表一種倍率關(guān)系，而非絕對值概念。