纤维光学的起源
人类从未放弃寻找理想的光传输介质。经过不懈的努力,人们发现了透明度高的应时玻璃丝可以透光。这种玻璃纤维被称为光纤,或简称“光纤”。人们用它来制作医用内窥镜,比如胃镜,可以在一米左右的距离观察身体。但是衰减损耗大,只能传输很短的距离。光损失的程度是以分贝每公里来衡量的。直到20世纪60年代,最好的玻璃纤维的衰减损耗仍在每公里1000分贝以上。每公里损耗1000分贝是什么概念?每公里损失10分贝意味着1公里后只剩下十分之一的输入信号,20分贝意味着只有百分之一,30分贝意味着只有千分之一...1000分贝意味着只有百分之一百,无论如何都不可能用于通信。因此,当时许多科学家和发明家认为使用玻璃光纤通信希望渺茫,失去信心,放弃了光纤通信的研究。
激光和光纤的发明让人们看到了光通信的曙光。为了实现光纤通信,需要在激光器和光纤的性能上取得重大突破。但是在这两个方面的突破遇到了很多困难,尤其是光纤的损耗能满足通信的要求,把损耗从每公里1000 dB降低到20 dB似乎是不可能的,以至于很多科学家对实现光纤通信失去了信心。在这种情况下,出生于上海的英国华人高锟博士(K.C.Kao Kun,光纤之父)在英国标准电信实验室大量研究的基础上,提出了光通信的大胆设想。他认为,既然电可以沿着金属线传输,那么光也应该沿着导光的玻璃纤维传输。1966年7月,高锟发表了一篇关于光纤传输前景的具有重大历史意义的论文。文章分析了玻璃纤维损耗大的主要原因,并大胆预测,只要能减少玻璃纤维中的杂质,就有可能将光纤损耗从1000 dB/km降低到20 dB/km,可用于通信。这篇论文鼓舞了许多国家的科学家,坚定了他们实现低损耗光纤的信心。
世界上第一根低损耗应时光纤――1970美国康宁玻璃公司的三位科研人员玛丽埃尔、卡普龙和凯克成功地制成了一根传输损耗仅为每公里20分贝的光纤。这是什么概念?相对于玻璃的透明性,光通过玻璃一半功率损耗(相当于3分贝)的长度,普通玻璃是几厘米,高级光学玻璃最多只有几米,而每公里损耗20分贝的光纤长度可以达到150米。也就是说光纤的透明度比玻璃高几百倍!在当时,能以如此低的损耗制造出光纤是非常了不起的,这标志着光纤用于通信的现实可能性。
1970,激光和低损耗光纤两项关键技术的突破,使光纤通信从理想变为可能,立即引起了世界各国电信科技人员的关注,他们竞相进行研究和实验。1974年,美国贝尔研究所发明了制造低损耗光纤的方法——CVD法(气相沉积法),使光纤损耗降低到1 dB/km;1977年,贝尔研究所和日本电报电话公司成功研制出寿命为100小时(实际使用寿命约为10年)的半导体激光器,从而拥有了真正实用的激光器。65438-0977年,世界上第一个光纤通信系统在美国芝加哥投入商用,速度为45 MB/s。
进入实用阶段后,光纤通信的应用发展迅速,应用的光纤通信系统更新换代多次。70年代光纤通信系统主要采用多模光纤,使用的是短波长(850 nm)波段的光纤(1 nm =1000万分之一米,即米)。80年代以后逐渐向长波长(1310 nm)转变,逐渐采用单模光纤作为光纤。到90年代初,通信容量增加了50倍,达到2.5 GB/s..从90年代开始,传输波长从1310 nm变为更长的1550 nm,并采用了光纤放大器、波分复用(WDM)等新技术。通信容量和中继距离继续呈指数增长。广泛应用于市话中继和长途通信干线,已成为通信线路的骨干。