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1966年,在英国工作的中国人高锟与英国人霍克曼共同提出用玻璃纤维作为光传输介质的科学设想。他们认为,电可以沿着导电的金属线远距离传输,光也可以沿着导光的玻璃纤维传输,由此产生了低损耗的光导纤维(简称光纤)的概念。当时玻璃纤维的传输损耗为1000dB/km,用于医学技术的短距离直接图像传输。他们认为玻璃纤维的损耗是可以减小的,如果能降到20dB/km以下,就可用于通信。许多国家开始从事这方面研究。
1970年,美国康宁公司研制成功了损耗小于20dB/km(633nm)的石英单模光纤。1972年康宁又把光纤的损耗降到7dB/km。1973年贝尔实验室发明的MCVD法制造光纤,使光纤的损耗又降到2.5dB/km。
1970年,美国贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的GaAlAs半导体激光器。与早期发明的红宝石激光器和气体激光器相比,半导体激光器体积小,耗电少,又能直接用电流调制,使用极为方便,为光纤通信找到了合适的光源。但是,初期的半导体激光器寿命很短,只有几个小时。此后,各国不懈努力,各种实用的激光器相继问世。1976年日本NTT和美国麻省理工学院又研制出InGaAsP长波长激光器。1977年贝尔实验室研制成功了室温下寿命为100万小时的GaAlAs激光器,为光纤通信的商用化奠定了基础。
1976年美国首先在亚特兰大成功地进行了44.736Mb/s传输10km的光纤通信系统现场试验,使光纤通信向实用化迈出了第一步。
1977年美国在芝加哥两个电话局之间开通世界上第一个使用多模光纤商用光纤通信系统(距离7KM,波长850nm,速率44.736Mb/s)。之后日本、德国、英国也先后建起了光缆线路。1979年单模光纤通信系统也进入了现场试验。以后光纤通信在全世界飞速发展起来。
二、光纤的技术进步之路
光纤通信商用化以来,由于市场需求和技术进步的推动,光纤品种和特性及应用经历了下述三个重要发展阶段。
1、多模光纤(第一窗口、第二窗口)
1972-1981年间是多模光纤研发和应用期。前期第一个使用的波长是850nm,称为第一窗口。先开发使用阶跃型多模光纤。接着开发了A1a类梯度多模光纤(50/125),其衰减3.0-3.5dB/km,带宽200-800MHz˙km,数值孔径0.20±0.02或0.23±0.02;以后又开发使用A1b类梯度多模光纤(62.5/125),其衰减3.0-3.5dB/km,带宽100-800MHz˙km,数值孔径0.275±0.015。这两种光纤与850nm附近波长LED(发光二极管)相配合,形成光通信系统。LED光谱宽度40nm,注入光功率5或20μW,最大比特速度5或60Mb/s。
70年代末到80年代初,又开发了第二窗口(1300nm)。A1a类光纤衰减0.8-1.5dB/km,带宽200-1200MHz˙km;A1b类光纤衰减0.8-1.5dB/km,带宽200-1000MHz˙km。与它们相配合使用的是高辐射LED,其光谱宽度120nm,注入光功率20μW,最大比特率100Mb/s。
2、G.652及G.653、G.654单模光纤(第二、三窗口)
1982-1992年是G.652及G.653、G.654单模光纤开始大规模应用期,打开了光纤的第二窗口(1310nm)和第三窗口(1550nm)。1973-1977年世界各大光纤制造商开发了各种先进的预制棒生产工艺。康宁开发出OVD技术;日本的NTT、住友、古河、藤仓等联合开发出VAD技术;朗讯改善了MCVD技术;荷兰菲力浦开发了PCVD技术。1982年由美国开始,日、德等国家紧跟,世界上开始大量建设G.652单模光纤长途工程。单模光纤市场需求大增刺激了其大规模生产。这时康宁的OVD进一步提高了沉积速率,VAD、MCVD、PCVD都外加套管来作为增大预制棒的措施。以后各家都照着两步法的混合工艺来加大预制棒。90年代法国阿尔卡特开发了APVD技术(MCVD+等离子喷涂工艺)。各大光纤制造商制造技术的重大进步,为常规单模光纤的广泛应用创造了更好的条件。1984年开始用第三窗口(1550nm)。1984年CCITT发布G.651和G.652标准。到1985年,G.652光纤1310nm损耗已达0.35dB/km,1550nm损耗已达0.21dB/km。
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