信息科学前沿讲座
——浅谈光纤通信技术的发展

一、光纤通信的发展历程
1966年英籍华人高馄发表了论文——《光频率介质纤维表面波导》，提出能够用石英制作光导纤维，其损耗可以控制在20 dB/km的范围内，可实现大容量的光纤通信。当时，世界上只有英国的标准电信实验室（STL）、美国的康宁（Corning）玻璃公司，美国贝尔（Bell）实验室等几个少数机构的领导相信该理论的可实施性。1970年，康宁公司研制出损失低达20dB/km，长约30 m的石英光纤（据说花费了3000千万美元）。1976年，贝尔实验室建立了一条从华盛顿到亚特兰大实验线路，传输速率仅45Mb/s，只能传输数百路电话，此时若使用同一级别的同轴电缆，可传输1800路电话。当时尚无适用于光纤通信的激光器，只能使用发光二极管（LED）做光纤通信的光源，这便是导致光纤传输速率低于同轴电缆的原因。1984年左右，适用于光纤通信的半导体激光器研制成功，使得光纤通信的数据传输速率达到144 Mb/s，可同时
传输1920路电话。到了1992年，一根光纤的数据传输速率达到了2.5Gb/s，相当3万余路电话。1996年，各种波长的激光器相继研制成功，这使得光纤通信可实现多波长多通道的数据传输，即所谓“波分复用（CWDM）”技术，也就是在1根光纤内，传输多个不同波长的光信号，于是光纤通信的传输容量倍增。在2000年的时候，利用WDM技术，一根光纤的传输速率已经能够达到640 Gb/s。
在提出光纤通信理论之后的几十年里，高锟的理论成为了现实，光纤通信得到了飞速的发展。2010年，高馄因在光纤通信领域做出的巨大贡献获得了诺贝尔奖。有人对高馄1976年发明了光纤，而2010年才获得诺贝尔奖有很大的疑问。事实上，从以上光纤发展史可以看出，尽管光纤的容量很大，没有高速度的激光器和微电子仍不能发挥光纤超大容量的作用。现在，电子器件的传输速率只能达到Gb/s量级，而各种波长的高速激光器的出现使光纤的传输速率已经达到了Tb/s量级(C1 Tb/s=1000 Gb/s)，人们认识到了——光纤的发明引发了通信技术的一场革命!
二、我国光纤通信的发展历程
我国于20世纪70年代初就开始了光纤通信的基础研究。1973年，武汉邮电科学研究院（WRI）
开始了光纤通信的研究。当时，中国正处文化大革命时期，研制光纤需要自行提纯原料，自制光纤熔炼和拉丝设备。光纤做成后，还要进行大量的测试，还要自行研制测试仪表等。光电子器件也要自己开发。研究初期，由于环境条件十分恶略，所以进展比较缓慢。到了1978年，改革开放后，光纤通信的研究进度大大提高。上海冶金所，WRI等相继研制出了适用于光纤通信的LED材料。1979年，WRI具备了批量生产实用化的光纤光缆的条件，WRI和上海邮电519厂开发出了数字光纤通信系统。1982年1月，中国第一条实用化的光纤通信线路在武汉建成，跨越武昌——汉阳——汉口三镇，全长13.3 km，传输速率能够达到8.448 Mb/s，可同时传输120路电话。该线路是国家“会战工程”，承建单位有武汉邮电科学研究院、上海邮电519厂、侯马505厂、邮电设计院和邮电第三工程公司等。1986年，中国第一条长途光纤通信线路在武汉至荆州之间建成，传输速率达34Mb/s，全长约200km，中间有3个中继站。此时，长波长1.3μm的激光器开发成功，由于波长1.3μm处光纤的损失比较小，传输速率有所提高。
1988年，中国第一条单模光纤通信线路在武汉至汉南区之间建成，传输速率达140Mb/s，可传输1920路电话，我国光纤通信容量首次超过同轴电缆容量1800路。同年，中国邮电部正式宣布:长途通信不再使用电缆，全部替换为光缆。1992年中国第一条长途光纤通信线路在
合肥至芜湖之间建成，全长约120 km，传输速率达140Mb/s。1993年，上海——无锡的565Mb/s光纤通信线路建成。该年，巴黎统筹委员会声称:中国发展了自己的光纤通信，禁运无效，不如开放，随即解除禁运。
1997年，中国首个采用国际电信联盟ITU-T SDH标准速率为622Mb/s光纤通信线路在攀枝花建成。1999年，中国首个WDM多波长光纤通信线路在青岛——济南建成，采用8个波长，每波长能够传输速率2.5Gb/s。2003年，中国首个Tb/s的光纤通信线路在上海至南京之间建成。该线路采用了波分复用技术，速率为1.6 Tb/s。2005年，3.2Tb/s光纤通信线路在上海——杭州开通，成为当时世界上容量最大的商用线路。
以上工程除1997年的SDH线路是北京邮电研究院主要承担单位外，其余均为WRI主要承担。WRI被国家确定为“国家光通信工程技术研究中心”。
三、我国光纤通信发展现状
目前，我国光纤通信技术所采用的传输技术主要是双纤传输技术，该项技术主要是能够使传输信号在两条不同光纤中进行数据信息传输且互不影响。由于受到传输设备的制约，光纤的传输资源利用率还不尽如人意，带宽资源大大的浪费。
单纤双向传输技术的实现，可以为光纤网络进行光纤资源的有效节约，这将成为我国光纤通信技术未来发展的重要方向。就我国目前的状况来说，该技术主要应用于光纤末端与设备相连的传输架构上，例如单纤光收发器。单纤双向传输技术的实现对于光纤通信实现未来发展是十分重要的。
现代化的光纤到户接入技术也是实现现代通信技术发展的重要标志。该项技术是在现代宽带业务传输工作的基础上，为充分满足用户的需求发展而来的现代化通信技术。光纤接入网的作用主要是进行信息传递。在当前的信息通信工作中，非对称数字用户线路（ADSL）技术的实现为信息接入网建立提供了基础，但其在具有未来发展优势的相关通信业务中的应用存在缺失确实的现象。比如在高清数字电视（HDTV）业务中，ADSL技术依旧采用了传统的通信接入方式，难以实现信息传输速率的有效提高，且不能满足当代用户对信息通信技术需求，所以实现光纤到户接入技术的发展与推广是十分重要的。
四、光纤通信的发展方向
多波长通道建设。要实现光纤通信技术发展，首先要将传统的单波长通道替换为多波长通道。传统的以单波长通道为基础的单模光纤，主要是采用散调节技术来实现传输效率的提
升以及容量的扩展，在波分复合技术的实行以及光纤放大镜的运行中，会造成相关光纤的四波混合现象，即造成新波长的出现，会对通信信号产生干扰，阻碍波分复合技术的实际应用，在多波长通道系统中便不存在此现象。因此，多波长通道是进行超大容量下的波分复用系统光纤设计，实现波分复用技术的正常应用的前提。
实现光网络的智能化建设。就我国目前光纤通信发展的状况来说，通信主线主要是以传输为主。随着现代科学技术的不断发展，计算机技术在现代网络通信领域中有着至关重要的作用，同时也促进了我国网络通信技术的不断优化与改进。在光网络技术发展下，实现自动连接控制技术、自动信息发现技术与保护恢复技术，加强光网络智能化建设，是实现光纤通信发展的重要途径。
实现全光网络优化建设。全光网络建设是指利用光实现信号的传输与交换。目前，光网络系统在节点之间已经实现了全光化建设，但网络节点依旧以电器元件为主，这是制约光纤通信发展的重要原因。为实现光纤通信的全光网络建设，首先应当建立光网络层，主要以光转换以及WDM作为主要的实现技术，避免电光瓶颈造成的影响，实现高效的全光网络建设。实现全光网络建设，有助于提升网络信息传输速率，并提高了网络资源的利用率，是发展光纤通信的重要举措。 
推进光器件的集成化发展。在现代计算机科学技术不断发展的前提下，实际的信息传输要求不能仅仅利用传统的ADSL接入宽带技术来实现。要实现信息传输的效率有效提高，相关技术人员应当不断优化光器件的性能。此举不仅能满足信息传输的现代化需求，还能为光纤通信的全光网络建设铺平道路。进程间通信实验总结
实现超大容量的通信。随着人们对网络通信需求的增加，仅仅是以当前的光时分复用技术（OTDM）与WDM来优化光通信系统的容量是远远不够的。经过试验证明，将多个OTDM信号波分复用，能够在很大程度上扩大传输的容量，使光通信的容量与速度得到拓展，以改善通信的效率。因此WDM/OTDM无论是在当下还是在未来都有很强的应用前景。
加强新光纤材料应用与研发。随着IP业务量的进一步增长，通信行业中传统的6.652单模光纤已经在长距离数据传输方面显露出了劣势。当前出现的两种新的光纤材料——全波光纤与非零散光纤，极大促进了光通信领域的发展，但是未来的IP业务量还会继续增长。因此，应该继续加大光纤材料的研发力度，研制出更加高效、高质的光纤。