光纤通信发展

第一个商用的光纤通信系统问世。这个人类史上第一个光纤通信系统使用波长800 奈米(nanometer)的碑化镓激光作为光源，传输的速率(data rate)达到 45Mb/s( bits per second)，每10公里需要一中继器增强信号。接着，第二代的商用光纤通信系统也问世了。它使用波长1300奈米的磷砷化镓铟 (InGaAsP)激光。早期的光纤通信系统虽然受到色散(dispersion)的问题而影响了信号质量，但是 1981年单模光纤(single-mode fiber)的发明克服了这个问题。到了 1987年时，一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gb/s，比第一个 光纤通信系统的速率快将近四十倍之谱。同时传输的功率与信号衰减的问题也有显 著改善，间隔50公里才需要一个中继器增强信号。1980年代末，EDFA的诞生，堪称光通信历史上的一个里程碑似的事件，它使光 纤通信可直接进行光中继，使长距离高速传输成为可能，并促使DWDM的诞生。到了第三代的光纤通信系统，改用波长1550奈米的激光做光源，而且信号的衰减 已经低至每公里0.2分贝(0.2dB/km)。之前使用磷砷化镓铟激光的光纤通信系 统常常遭遇到脉波延散(pulse spreading)问题，而科学家则设计出色散迁移光 纤(dispersion-shifted fiber)来解决这些问题，这种光纤在传递1550奈米的光 波时，色散几乎为零，因其可将激光光的光谱限制在单一纵模(longitudinal mode)。这些技术上的突破使得第三代光纤通信系统的传输速率达到2.5Gb/s， 而且中继器的间隔可达到100公里远。第四代光纤通信系统引进光放大器(optical amplifier)，进一步减少中继器的需 求。另外，波分复用(wavelength-division multiplexing, WDM)技术则大幅 增加传输速率。这两项技术的发展让光纤通信系统的容量以每六个月增加一倍的方 式大幅跃进，到了 2001年时已经到达10Tb/s的惊人速率，足足是80年代光纤 通信系统的200倍之多。后来，传输速率已经进一步增加到14Tb/s，每隔160公里才需要一个中继器。第五代光纤通信系统发展的重心在于扩展波分复用器的波长操作范围。传统的波长 范围，也就是一般俗称的“C band ”约是1530奈米至1570奈米之间，新一带的 无水光纤(dry fiber)低损耗的波段则延伸到1300奈米至1650奈米间。另外一 个发展中的技术是引进光孤子(optical soliton)的概念，利用光纤的非线性效应， 让脉波能够抵抗色散而维持原本的波形。