光通信

按光源特性，可分為激光通信和非激光通信；按傳輸介質，可分為大氣激光通信和光纖通信；按傳輸波段，可分為可見光通信、紅外光通信和紫外光通信。光是一種電磁波，其波長通常在1×103～5×10-3微米範圍內。光的頻率高，光通信的頻帶寬，通信容量大，抗電磁干擾能力強。激光通信是利用激光傳輸信息的，激光是一種方向性極強的相干光；非激光通信是利用普通光源（非激光）傳輸信息的，如燈光通信。大氣激光通信不需要鋪設線路，便於機動，但易受氣候和外界影響，適用於地面近距離通信和通過衞星反射進行的全球通信。採用激光器作光源的光纖通信，不受外界干擾，保密性好，使用範圍廣，適用於陸上和越洋的遠距離大容量的幹線數字通信。採用發光管作光源的光纖通信屬非激光通信，適用於近距離、中小容量的模擬或數字通信。可見光通信是利用可見光（波長0.76～0.39微米）傳輸信息的。早期的可見光通信採用普通光源，如火光通信、燈光通信、信號彈等。由於普通光源散發角大，通信距離近，只能作為視距內的輔助通信。近代的可見光通信有氦氖激光（紅色）通信和藍綠激光通信。紅外光通信是利用紅外線（波長1000～0.76微米）傳輸信息的。紫外光通信是利用紫外線（波長0.39～5×10-3微米）傳輸信息的。通常所説的紅外光通信和紫外光通信均為非激光通信。這種通信所用的設備結構簡單、體積小、重量輕、價格低，但在大氣信道中傳輸時易受氣候影響，適用於沿海島嶼間的輔助通信。紅外光通信還可用作近距離遙控、飛機內廣播和航天飛機內宇航員間的通信等。隨着科學技術的發展，非激光通信已部分地被激光通信所代替。利用烽火、燈光傳輸信息的方式是簡易的可見光通信。1880年，美國人A.G.貝爾發明了光電話。第二次世界大戰期間，光電話曾在軍事上得到應用，光源是非相干光源，在大氣中傳輸受氣候影響大，可靠性差，通信距離近，通信質量差，從而限制了它的發展和應用。1960年，激光器的問世解決了光通信的光源問題。由於光在大氣信道傳輸時存在的缺點，促使人們轉向傳光線路的研究，探索了各種空心式波導管和透鏡式線路，同時也開始了對光纖的研究。1966年，華人科學家高錕曾預言光纖損耗可降低到20分貝／千米以下。1970年，美國康寧玻璃公司生產出損耗為20分貝／千米的光纖，使光通信進入了以光纖為傳輸介質的新階段。隨着半導體激光器壽命的不斷延長和光纖損耗的不斷降低，各種類型的光纖通信系統大量投入使用。光纖通信將朝着長波長、單模、超低損耗、密集波分複用、超大容量、相干外差檢測、光集成和不用光電變換的全光通信等方向發展。 ^[1] 

每當我們提到烽火台，就會自然而然地想到長城，實際上烽火台築在長城沿線的險要處和交通要道上。一旦發現敵情，便立刻發出警報：白天點燃摻有狼糞的柴草，使濃煙直上雲霄；夜裏則燃燒加有硫磺和硝石的乾柴，使火光通明，以傳遞緊急軍情。上圖為新疆呼圖壁縣境內的烽火台，在呼圖壁縣境內共有5個烽火台，其中3個已毀，烽火台長寬均約4米，高約5米，築台年月不詳。

烽火台通信，源於奴隸制國家在政治和軍事方面對通信的需要。據歷史記載，早在三千多年前，中國就有了利用烽火台通信的方法。關於烽火通信有個叫“千金買笑”的故事。故事是這樣的，周朝有個周幽王，這是一個非常殘暴而腐敗的君主，他有個愛妃名叫褒姒，長得非常美麗，《東周列國志》中有這樣一段話來形容褒姒：“目秀眉清，唇紅齒白，發挽烏雲，指排削玉，有如花如月之容，傾國傾城之貌。”褒妃雖然很美，但是“從未開顏一笑”。為此，周幽王使出了一個賞格：“誰要能叫娘娘一笑，就賞他一千斤金子”（當時把銅叫金子）。於是有人想出了一個點起烽火戲諸侯的辦法，想換取娘娘一笑，一天傍晚，周幽王帶着愛妃褒姒登上城樓，命令四下點起烽火。臨近的諸侯看到了烽火，以為西戎（當時西方的一個部族）來犯，便領兵趕到城下救援，但見燈火輝煌，鼓樂喧天。一打聽才知是周幽王為了取樂於娘娘而乾的荒唐事兒，各諸侯敢怒不敢言，只好氣憤地收兵回營。褒姒見狀，果然淡然一笑。但事隔不久，西戎果真來犯，雖然點起了烽火，卻無援兵趕到。原來各諸侯以為周幽王又是故伎重演。結果都城被西戎攻下，周幽王也被殺死了，從此西周滅亡了。

仍相傳的“千金買笑”的故事就是從這兒來的。後來，又有人寫了首詩，諷刺“烽火戲諸侯”之事，詩是這樣的：

良夜頤宮奏管簧，無端烽火燭穹蒼。

可憐列國奔馳苦，止博褒妃笑一場！

這個歷史故事不僅生動的描繪了當時利用烽火台通信的情況，同時也告戒後人，通信是非常重要的，不論在什麼時候也不論是什麼人，都不能拿通信當兒戲。

17世紀中葉，人們發明瞭望遠鏡，它使得人們可以看得更遠了。到1791年，法國人發明了燈信號，此後“燈語”通信在歐洲風靡一時。信號燈、旗語、望遠鏡等目視光通信的手段仍在使用，但是這一切還是最原始的光通信，不能算作是真正的光通信。不過，這些原始的光通信由於方便、可靠仍在使用，所以還是有必要了解的，讓我們認識一下望遠鏡吧。

望遠鏡的作用首先是能夠放大遠方物體的張角，人眼的分辨角大約是1分（1分是1度的六十分之一），而望遠鏡能使人眼能看清角距更小的細節，其次，望遠鏡能將光線集中起來，使人眼看到本看不到的闇弱物體發出的光線。望遠鏡由物鏡和目鏡兩組鏡頭及其他配件組成。為了減小望遠鏡的像差，物鏡和目鏡通常由多個元件組成。望遠鏡所能收集的最大的光束直徑，稱為口徑。所能觀測到的範圍稱為視場，通常以角度來表示。視場大小和目鏡的結構有關，對於同樣的目鏡視場直徑與放大倍數成反比：放大率越高，視場越小。

中國最大的光學望遠鏡是2.16米。茫茫宇宙，繁星似沙，但今後10年，人類為天體光譜作的“户口登記”數，將超過以往數百年。因為，人類有了新的“千里眼”———大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，該望遠鏡於2004年建成，安放在北京興隆縣燕山山脈中興隆觀測站，屆時，將大大提升中國天文學研究的國際地位，使中國恆星和星系的光譜觀測達到國際領先水平。

大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）是國際上視場和口徑最大的天文望遠鏡，長50米、高30米，視場為5度，口徑達4米，一次觀測可達20平方度（整個宇宙空間約有4萬平方度）。通過大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，在21世紀前10年，人類就可測出天體光譜100萬個。

世界上最大的望遠鏡是位於夏威夷的凱克望遠鏡，直徑10米，由36面1.8米的六角型鏡面拼合而成，耗資一億三千萬美元，主要是由美國的一個企業家凱克捐助修建的，第一面凱克望遠鏡建造成功後，凱克基金會又投資修建了凱克二號望遠鏡，兩座望遠鏡挨在一起，威力無比；另外的大型望遠鏡有美國國立天文台位於南北兩半球的兩個八米望遠鏡，一座位於夏威夷，一座位於智利，合稱雙子座望遠鏡；日本人在夏威夷建造了一座八米的稱為昴星團望遠鏡；下世紀歐洲南方天文台將建成四座八米望遠鏡，組合口徑相當於15米！

世界上最大的射電望遠鏡是波多黎各的阿雷西沃無線探測儀，它是我們安放在宇宙間的最大的無線電耳朵。該望遠鏡上的巨大的反向鏡的直徑為305米。阿雷西沃探測儀被用來搜尋空中的由外星智能生命發射來的信號，如果你看過電影《黃金眼》（英美合拍，1995）及《接觸》（美國，1997），就一定不會對它陌生。

雖然人類社會的文明程度和科學技術得到了很大的提高，但是簡單的利用光傳遞信息的方式仍然在廣泛使用，例如紅黃綠交通信號燈，旗語，電燈發明之後，又有了利用百葉窗和燈光的燈語。讓我們認識一下旗語。

旗語產生於西方的大航海時代，艦船之間通過旗語來進行聯絡；各種信號旗仍然在船舶上懸掛。在F1的賽車場也使用到了旗語，可以説它也是一種目視光通信的手段。如果你能向F-1賽手像是塞納、舒馬赫、威倫紐夫等高手侃侃有關F1旗語的話題，一定能讓他們刮目相看。

瞭解F1的旗語吧：

白色旗表示跑道上有緩慢移動的車輛

紅色旗表示比賽已停止

黑色旗表示指定的賽車下次通過修理站時要停車

黃底紅道旗意思是告訴車手跑道較滑

黑白對角旗表示是非運動員行為

黃旗表示有危險

黑白格相間的旗子意思是比賽結束

藍旗表示有車手正要超車

黑底黃色圓心旗表示賽車有故障

綠色旗表示全程暢通

不論是烽火台、望遠鏡，還是交通紅綠燈、旗語，它們都是光通信的不同形式，但是它們有一個共同點，就是利用大氣來傳播可見光，由人眼來接收。也正因為如此，我們才會對它們如此地熟悉，可是這些卻不是真正的意義上的光通信，更不是強大的光通信，真正強大的光通信應該是光纖通信。在這裏，應該明確，光通信指的是一切運用光作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的媒質是什麼；而光纖通信則是單純地依靠光纖作為媒質來傳送信息的通信方式。

儘管人類很早就認識到用光可以傳遞信息，比如3000多年前中國就有了用光傳遞遠距離信息的設施——烽火台；但是，其後的很多年中，光通信幾乎沒有什麼發展；後來又有了用燈光閃爍、旗語等傳遞信息的方法；但是這些都是用可見光進行的視覺通信，是非常原始的光通信方式，不能稱得上是完全意義上的光通信。

近100年中，人們仍然沒有對光通信失去興致，就連大發明家貝爾（BELL）也嘗試着用光來打電話，這被認為是近代光通信的開始。20世紀60年代後，隨着人們對通信的要求變得越來越強烈，光通信獲得了突飛猛進的發展。我們所説的光通信已不再是用可見光進行的視覺通信，而是採用光波作為載波來傳遞信息的通信方式了。現代人類已經進入了信息社會，光通信的魅力也逐步地展現人們的面前。

光通信的出現比無線電通信還早。波波夫發送與接收第一封無線電報是在1896年，以發明電話而著名的貝爾，在1876年發明了電話之後，就想到利用光來通電話的問題。1880年，他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質，用硒晶體作為光接收器件，成功地進行了光電話的實驗，通話距離最遠達到了213米。1881年，貝爾宣讀了題為《關於利用光線進行聲音的產生與複製》的論文，報導了他的光電話裝置。在貝爾本人看來：在他的所有發明中，光電話是最偉大的發明。

貝爾用弧光燈或者太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的震動片上。當人對着話筒講話時，震動片隨着話音震動而使反射光的強弱隨着話音的強弱作相應的變化，從而使話音信息“承載”在光波上（這個過程叫調製）。在接收端，裝有一個拋物面接收鏡，它把經過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉換成電流（這個過程叫解調）。電流送到聽筒，就可以聽到從發送端送過來的聲音了。

利用光在大氣中傳送信息方便簡單，所以人們開始研究的光通信都是這種方式。但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，就會看不遠和看不清，這叫做大氣的能見度降低，使信號傳輸受到很大阻礙。此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源，因為從通信技術上看，這些光都是帶有“噪聲”的光。也就是説，這些光的頻率不穩定、不單一，光的性質也很複雜；一句話，就是光不純。因此，真要用光來通信，必須要解決兩個最根本的問題：一是必須有穩定的、低損耗的傳輸媒質（可不能再用空氣了喲！）；另一個問題是必須要找到高強度的、可靠的光源。在此後的幾十年中，由於這兩項關鍵技術沒有得到解決，光通信就一直裹足不前。也正因此，貝爾的光話始終沒有走上實用化的階段。所以我們也沒有用上貝爾的光電話，而只是用了他發明的電話；但不管怎樣，貝爾真的是一位偉大的發明家，我們應該記住他的名字。

1870年，英國物理學家廷德爾在實驗中觀察到，把光照射到盛水的容器內，從出水口向外倒水時，光線也沿着水流傳播，出現彎曲現象，這好象不符合光只能直線傳播的定律。實際上，這時光仍是沿直線傳播，只不過在水流中出現了光反射現象，因而光是以折線方式前進的。光也可以“走彎路”。

廷德爾觀察到的現象，直至1955年才得到實際應用。當時在英國倫敦英國學院工作的卡帕尼博士，發明了用極細的玻璃製做的光導纖維。每根細如絲的光導纖維是用兩種對光的折射率不同的玻璃製成，一種玻璃形成中央中心束線，另一種包在中心束線外面形成包層。由於兩種玻璃在光學性質上的差別，光線經一定角度從光導纖維的一端射入後，不會從纖維壁逸出，而是沿兩層玻璃的界面連續反射前進，從另一端射出。最初，這種光導纖維只是應用在醫學上，用光纖束組成內窺鏡，可以觀察人體腸胃內的疾病，協助醫生及時作出確切的判斷。

其實，現代的光纖通信也就是運用光反射原理，把光的全反射限制在光纖內部，用光信號取代傳統通信方式中的電信號，從而實現信息的傳遞的。

在70年代國外的低損耗光纖獲得突破以後，中國從1974年開始了低損耗光纖和光通信的研究工作，並於70年代中期研製出低損耗光纖和室温下可連續發光的半導體激光器。1979年分別在北京和上海建成了市話光纜通信試驗系統，這比世界上第一次現場試驗只晚兩年多。這些成果成為中國光通信研究的良好開端，並使中國成為當時少有的幾個擁有光纜通信系統試驗段的幾個國家之一。到80年代末，中國的光纖通信的關鍵技術已達到國際先進水平。 ^[2] 

從1991年起，中國已不再建長途電纜通信系統，而大力發展光纖通信。在“八五”期間，建成了含22條光纜幹線、總長達33000公里的“八橫八縱”大容量光纖通信幹線傳輸網。1999年1月，中國第一條最高傳輸速率的國家一級幹線（濟南——青島）8×2.5Gb/s密集波分複用（DWDM）系統建成，使一對光纖的通信容量又擴大了8倍。

我國十分重視光通信器件的研發，通過國家技術發展計劃安排專題，組織技術攻關，跟蹤國際先進技術等措施的實施，極大地推動了光通信器件的研究開發和產業化工作。隨着光器件產業逐漸向中國轉移，光通信行業基礎設施建設進一步加快，中國已成為全球光電元器件的重要生產銷售基地。

光通信器件是構建光通信系統與網絡的基礎，高速光傳輸設備、長距離光傳輸設備和智能光網絡的發展、升級以及推廣應用，都取決於光通信器件技術進步和產品更新換代的支持。因此，通信技術的更新與升級將促使光通信器件不斷髮展進步。

2010年中國生產製造的器件已佔全球25%以上市場份額;我國光器件市場規模在全球市場中的份額也已從2008年的17%增加到2010年的26%左右，市場規模達到93億人民幣，同比增長率更是高達30%。

光電子器件行業廠商數量相對較多，全球生產光電子器件的廠商250餘家，行業整體來看還屬於一個完全競爭的市場。隨着中小企業的退出和行業收購兼併的進行，行業的市場集中度呈上升趨勢，行業的競爭激烈程度趨緩。而國內企業不僅要直面國內本土企業的競爭，還要承受來自國外企業的競爭壓力，整體競爭較為激烈。

2023年5月9日，從中國信科集團光通信技術和網絡全國重點實驗室獲悉，繼2022年10月實現全球首次3.03Pbit/s單模19芯光纖傳輸系統實驗後，該實驗室又實現了總傳輸容量4.1Pbit/s、淨傳輸容量3.61Pbit/s的單模19芯光纖傳輸系統實驗，相比去年的紀錄，傳輸容量提升近40%。 ^[8] 

隨着寬帶中國戰略進程的推進，國內三大電信運營商加快光網城市建設的步伐，我國光通信產業呈現出高速增長態勢。

我國在光纖光纜方面，得益於三網融合和寬帶政策對光纖的大量需求，2012年市場對光纖的需求迅速增加，使得光纖業基本面出現好轉。行業總體供需呈弱勢均衡、總體偏緊的態勢，從而為光纖價格提供了較強支撐，為行業盈利改善提供了基本保障。同時，行業內主要廠商均在2012年實現較大規模光纖預製棒自產產能，使得此部分光纖企業盈利能力得到較大改善。

在光網絡系統設備方面，三網融合形勢下的FTTH、NGB與雙向改造等熱潮，將在未來長時間內釋放大量光通信設備需求。三網融合將刺激廣電及電信運營商對光纖網絡建設的投入，國內PON設備、ODN市場需求增大，PTN、OTN網絡升級也會帶動相應設備需求的上升。

在光器件光模塊方面，隨着市場的持續升温，光器件產業投資不斷擴大，國內湧現出一大批光器件企業。國家對光通信產業加大扶持，企業投入研發比重上升，這無疑是有利於產業長期發展的。在三網融合的大前提下，光器件投資成本佔比不斷上升，業內分析預計，未來隨着光電子器件集成化和智能化的進一步提高，光電子器件佔光傳輸設備成本的比例將達到30%以上。

為貫徹落實《國務院關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，更好地指導各部門、各地區開展培育發展戰略性新興產業工作，發展改革委會同相關部門組織編制了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》。目錄涉及戰略新興產業7個行業、24個重點發展方向下的125個子方向，共3100餘項細分的產品和服務。細分的產品和服務中包括950項新一代信息技術產業相關產品和服務，其中包含了下一代信息網絡產業中的光通信設備。

光通信設備，包括光纖，FTTx用G.657光纖、寬帶長途高速大容量光纖傳輸用G.656光纖、光子晶體光纖、摻稀土光纖（包括摻鐿光纖、摻鉺光纖、摻銩光纖等）、激光能量傳輸光纖，以及具有一些特殊性能的新型光纖，包括塑料光纖、聚合物光纖等。

光纖接入設備，無源光網絡（PON）、光線路終端（OLT）、光網絡單元（ONU）、波分複用器等。

光傳輸設備，線路速率達到40Gbit/s、100Gbit/s的超大容量（1.6Tb/s及以上）密集波分複用（DWDM）設備，可重構光分差複用設備（ROADM）及波分複用系統用光交叉互連（OXC）設備，大容量高速率OTN光傳送網設備以及分組化增強型OTN設備、PTN分組傳送網設備、MSTP/MSAP多業務傳輸和接入設備，高速光器件（有源和無源）。 ^[3] 

1960年7月8日，美國科學家梅曼發明了世界上首台激光器——紅寶石激光器，從此人們便可獲得性質和電磁波相似而頻率穩定的光源。研究現代化光通信的時代也從此開始。激光器的英文簡稱叫LASER，意思是“受激發射的光放大”。這種激光器產生的光與普通的燈光不一樣，它是受物質原子結構本質決定的光，頻率穩定，約為100太赫。這種光的頻率比已經廣泛應用的微波（頻率約為10兆赫）的頻率高1萬倍。因此，用這種光來傳送信息從理論上來説，通信的容量可以比微波通信的容量也大1萬倍！因此，激光器的發明對光通信的研究工作產生了重大的影響。但是最初發明的激光器在室温下不能連續工作，因此，還不可能在通信中獲得實際應用。

人類從未放棄過對理想光傳輸介質的尋找，經過不懈的努力，人們發現了透明度很高的石英玻璃絲可以傳光。這種玻璃絲叫做光學纖維，簡稱“光纖”。人們用它製造了在醫療上用的內窺鏡，例如做成胃鏡，可以觀察到距離一米左右的體內情況。但是它的衰減損耗很大，只能傳送很短的距離。光的損耗程度是用每千米的分貝為單位來衡量的。直到20世紀60年代，最好的玻璃纖維的衰減損耗仍在每公里1000分貝以上。每公里1000分貝的損耗是什麼概念呢？每公里10分貝損耗就是輸入的信號傳送1公里後只剩下了十分之一，20分貝就表示只剩下百分之一，30分貝是指只剩千分之一……1000分貝的含意就是隻剩下億百分之一，是無論如何也不可能用於通信的。因此，當時有很多科學家和發明家認為用玻璃纖維通信希望渺茫，失去了信心，放棄了光纖通信的研究。

激光器和光纖的發明，使人們看到了光通信的曙光。而要實現光纖通信，還需要在激光器和光纖的性能上有重大的突破。但是在這兩方面的突破遇到了許多困難，尤其是光纖的損耗要達到可用於通信的要求，從每千米損耗1000分貝降低到20分貝似乎不太可能，以致很多科學家對實現光纖通信失去了信心。就在這種情況下，出生於上海的英藉華人高錕（K.C.Kao）博士，通過在英國標準電信實驗室所作的大量研究的基礎上，對光波通信作出了一個大膽的設想。他認為，既然電可以沿着金屬導線傳輸，光也應該可以沿着導光的玻璃纖維傳輸。1966年7月，高錕就光纖傳輸的前景發表了具有重大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預言，只要能設法降低玻璃纖維的雜質，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝/公里，從而有可能用於通信。這篇論文使許多國家的科學家受到鼓舞，加強了為實現低損耗光纖而努力的信心。

世界上第一根低損耗的石英光纖――1970年，美國康寧玻璃公司的三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克成功地製成了傳輸損耗每千米只有20分貝的光纖。這是什麼概念呢？用它和玻璃的透明程度比較，光透過玻璃功率損耗一半（相當於3分貝）的長度分別是：普通玻璃為幾釐米、高級光學玻璃最多也只有幾米，而通過每千米損耗為20分貝的光纖的長度可達150米。這就是説，光纖的透明程度已經比玻璃高出了幾百倍！在當時，製成損耗如此之低的光纖可以説是驚人之舉，這標誌着光纖用於通信有了現實的可能性。

光纖之路――捨我其誰

1970年激光器和低損耗光纖這兩項關鍵技術的重大突破，使光纖通信開始從理想變成可能，這立即引起了各國電信科技人員的重視，他們競相進行研究和實驗。1974年美國貝爾研究所發明了低損耗光纖製作法――CVD法（汽相沉積法），使光纖損耗降低到1分貝/公里；1977年，貝爾研究所和日本電報電話公司幾乎同時研製成功壽命達100萬小時（實用中10年左右）的半導體激光器，從而有了真正實用的激光器。1977年，世界上第一條光纖通信系統在美國芝加哥市投入商用，速率為45Mb/s。

進入實用階段以後，光纖通信的應用發展極為迅速，應用的光纖通信系統已經多次更新換代。70年代的光纖通信系統主要是用多模光纖，應用光纖的短波長(850納米）波段，（1納米=1000兆分之一米，即米）。80年代以後逐漸改用長波長（1310納米），光纖逐漸採用單模光纖，到90年代初，通信容量擴大了50倍，達到2.5Gb/s。進入90年代以後，傳輸波長又從1310納米轉向更長的1550納米波長，並且開始使用光纖放大器、波分複用（WDM）技術等新技術。通信容量和中繼距離繼續成倍增長。廣泛地應用於市內電話中繼和長途通信幹線，成為通信線路的骨幹。

上世紀30年代，有人提出這樣的觀點：“總有一天光通信會取代有線和微波通信而成為通信主流”。該觀點反映出光纖通信技術在未來通信中已顯示出其重要性。光通信技術已經很成熟，光纖通信已是各種通信網的主要傳輸方式，光纖通信在信息高速公路的建設中扮演着至關重要的角色，歐美等發達國家已經把光纖通信放在了國家發展的戰略地位。光纖的使用已不只限於陸地，光纜已廣泛鋪設到了大西洋、太平洋海底，這些海底光纜使得全球通信變得非常簡單快捷。不少發達國家又把光纜鋪設到住宅前，實現了光纖到辦公室（FTTO）、光纖到家庭（FTTH）。光纖通信技術之所以發展這樣迅速，除了人們日益增長的信息傳輸和交換需要外，主要是由光纖通信本身所具有的優點決定的。

最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中數據源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得到的信號；光發送機和調製器則負責將信號轉變成適合於在光纖上傳輸的光信號，先後用過的光波窗口有0.85μm、1.31μm和1.55μm。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學接收機則接收光信號，並從中提取信息，然後轉變成電信號，最後得到對應的話音、圖象、數據等信息。下面是光通信系統圖。

早在1964年，英特爾公司創始人戈登·摩爾(Gordon Moore）在一篇很短的論文裏斷言：每18個月，集成電路的性能將提高一倍，而其價格將降低一半。這就是著名的摩爾定律。由此，微處理器的速度會每18個月翻一番。這就意味着每5年它的速度會快10倍，每10年會快100倍。同等價位的微處理器會越變越快，同等速度的微處理器會越變越便宜。可以想見，在未來，世界各地的人不但都可以通過自己的計算機上網，而且還可以通過他們的電視、電話、電子書和電子錢包上網。作為迄今為止半導體發展史上意義最深遠的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發展歷史準確無誤地驗證着。

喬治·吉爾德曾預測，在未來25年，主幹網的帶寬將每6個月增加一倍。其增長速度超過摩爾定律預測的CPU增長速度的3倍。幾乎所有知名的電訊公司都在樂此不疲地鋪設纜線。當帶寬變得足夠充裕時，上網的代價也會下降。在美國，已經有很多的ISP向用户提供免費上網的服務。

以太網的發明人鮑勃·麥特卡爾夫告訴我們：網絡價值同網絡用户數量的平方成正比。如果將機器聯成一個網絡，在網絡上，每一個人可以看到所有其他人的內容，100人每人能看到100人的內容，所以效率是10000。10000人的效率就是100000000。

幾種關鍵技術的發展速度示意圖

聯合國“1999世界電信論壇會議” 副主席約翰·羅斯(John Roth）在10日論壇開幕演説時提出“新摩爾定律”――光纖定律，互聯網帶寬每9個月會增加一倍的容量，但成本降低一半，比晶片變革速度的每18個月還快。

摩爾定律（Moore's Law）用來形容半導體科技的快速變革，平均每18個月，晶片的容量會成長一倍，成本卻減少一半；“光纖定律”（OpticalLaw）則用來形容網絡科技。左面是幾種關鍵技術的發展速度示意圖。

――1880年，美國電話發明家貝爾就已經研究併成功地發送與接收了光電話。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關於利用光線進行聲音的產生與複製》的論文，報導了他的光電話裝置。

――1930年至1932年間，日本在東京的日本電報公司與每日新聞社之間實現了3.6公里的光通信，但在大霧大雨天氣裏效果很差。第二次世界大戰期間，光電話發展成為紅外線電話，因為紅外線肉眼看不見，更有利於保密。

――1854年，英國的廷德爾在英國皇家學會的一次演講中指出，光線能夠沿盛水的彎曲管道進行反射而傳輸，並用實驗證實了這個想法。

――1927年，英國的貝爾德首次利用光全反射現象製成石英纖維可解析圖像，並且獲得了兩項專利。

――1951年，荷蘭和英國開始進行柔軟纖維鏡的研製。

――1953年，荷蘭人範赫爾把一種折射率為1.47的塑料塗在玻璃纖維上，形成比玻璃纖維芯折射率低的套層，得到了光學絕緣的單根纖維。但由於塑料套層不均勻，光能量損失太大。

――1960年7月世界上第一台紅寶石激光器出現了。1961年9月由中國科學院長春光學精密機械研究所研製成功中國第一台紅寶石激光器。

――20世紀60年代，有的實驗室用氦——氖氣體激光器做了傳送電視信號和20路電話的實驗。也有的公司製成了語言信道試驗性通信系統，最大傳輸距離為600米。到80年代初激光通信已進入應用發展階段。

――1966年英籍華人高錕博士首次明確提出利用光導纖維進行激光通信的設想，併為此獲得了1979年5月由瑞士國王頒發的國際伊利申通信獎金。

――1968年，日本兩家公司聯合宣佈研製成了一種新型無套層光纖，它能聚集和成像，稱作聚焦纖維。同期，美國宣佈製成液體纖維，它是利用石英毛細管充以高透明液構成的。這兩種光纖的光耗損很難降低，所以實用價值不大。

――1970年美國康寧公司用高純石英生產出世界上第一根耗損率為每公里20分貝的套層光纖，開創了光纖通信的新篇章，使通信光纖研究躍進了一大步。一根光纖可以傳輸150萬路電話和2萬套電視。

――1976年日本在大孤附近的奈良縣開始籌建世界上第一個完全用光纜實現光通信的實驗區，到1978年7月已擁有300個用户。（實際上光通信系統使用的不是單根光導纖維，而是由許多光纖維聚集在一起組成的光纜。一根直徑為1釐米的光纜，裏面有近百根光導纖維。光纜和電纜一樣可以架在空中，埋入地下，也可以鋪設在海底，它的出現使激光通信進入實際應用階段。）

人類的想象力和創造力是無窮的，當人們經過艱苦的探索，掌握了光纖通信的奧秘，把地球用一束束的玻璃絲牢牢地裹起來以後，人們又把目標盯在了地球之外的宇宙空間，這就是宇宙激光通信。由於宇宙空間沒有大氣或塵埃，激光在那裏傳輸時比在大氣中的衰減小得多，因而激光用於宇宙通信既優越又經濟，這受到各國的普遍重視，已經有大量的科學家投身到了這個研究的領域。

當我們冷靜地回顧一下光通信的發展歷史時，不難發現，人們使用過的光通信的傳輸媒質有大氣、水、液體纖維導管、玻璃纖維、光纜，甚至還在嘗試使用外層空間；用於光通信的波長範圍從紅外線、可見光到高頻射線。人類孜孜不倦的嘗試和豐富的想象力啓發我們：我們總可以找到比以前更好的傳輸媒質！我們也可以充分利用電磁波廣闊的頻譜！

應該認識到，人類的發明和創造通常是建立在對前人認識成果的改造和創新的基礎之上的，儘管當前光通信傳輸領域占主導地位的是光纖，但是這並不意味着其它方式被淘汰了，只要展開自己想象的翅膀，我們依然能夠找到更好的傳輸媒質，當然我們也可以考慮將以前嘗試過的傳輸媒質進行新的加工，從而獲得比光纖更優越的傳輸性能。比如人類正在探索的宇宙光通信，它的身上不也閃爍着BELL光電話的靈感之光嗎？

傳輸網絡的最終目標是構建全光網絡，在接入網、城域網、骨幹網完全實現“光纖傳輸代替銅線傳輸”。

骨幹網是對速度、距離和容量要求最高的一部分網絡，將ASON技術應用於骨幹網，是實現光網絡智能化的重要一步，其基本思想是在過去的光傳輸網絡上引入智能控制平面，從而實現對資源的按需分配。DWDM也將在骨幹網中一顯身手，未來有可能完全取代SDH，從而實現IPOVERDWDM。

城域網將會成為運營商提供帶寬和業務和瓶頸，同時，城域網也將成為最大的市場機遇。基於SDH的MSTP技術成熟、兼容性好，特別是採用了RPR、GFP、LCAS和MPLS等新標準之後，已經可以靈活有效地支持各種數據業務。

對接入網來説，FTTH(光纖到户）是一個長遠的理想解決方案。FTTx的演進路線將是逐漸將光纖向用户推近的過程，即從FTTN（光纖到小區）到FTTC(光纖到路邊）和FTTB（光纖到公寓小樓）乃至最後到FTTP(光纖到駐地）。當然這將是一個很長的過渡時期，在這個過程中，光纖接入方式還將與ADSL/ADSL2+並存。 ^[4] 

基於上述全光網絡構架有很多核心技術，它們將引導光通信的未來發展。下面着重介紹ASON、FTTH、DWM、RPR這四項最重要的技術。

無論從國內研發進展、試商用情況，還是從國外的發展經驗來看，國內運營商在傳送網中大規模引入ASON技術將是必然的趨勢。ASON(AutomaticallySwitchedOpticalNetwork，智能光網絡）是一種光傳送網技術。產品和市場狀況表明，ASON技術已經達到可商用的成熟程度，隨着3G、NGN的大規模部署，業務需求將進一步帶動傳送網技術的發展，預計2007年ASON將得到更加廣泛的商用。

2006年各大主要設備提供商華為、中興、烽火、Lucent等已經推出了其可商用的ASON產品。中國電信、中國網通、中國移動、中國聯通和中國鐵通陸續開展了ASON的應用測試和小規模商用。

ASON在國外成功商用的經驗表明，ASON將在骨幹傳送網發揮不可替代的作用。例如，AT&T的140個節點覆蓋美國的骨幹傳送網；BT組建21CN網，已建40個ASON節點；Vodafone的131個節點覆蓋英國的ASON骨幹傳送網，等等。

然而，ASON在路由、自動發現、ENNI接口等幾方面的標準化工作還不完善，這成為制約ASON技術發展和商用的重要因素。未來中國將參與更多的ASON標準化工作，同時，ASON的標準化，尤其是其中ENNI的標準化，將取得突破性進展。

FTTH(Fiber To The Home，光纖到户）是下一代寬帶接入的最終目標。實現FTTH的技術中，EPON(Ethernet Passive Optical Networks)將成為未來中國的主流技術，而GPON（Gigabit-capable passive optical networks）最具發展潛力。

EPON採用Ethernet封裝方式，所以非常適於承載IP業務，符合IP網絡迅猛發展的趨勢。國家已經將EPON作為“863”計劃重大項目，並在商業化運作中取得了主動權。

GPON比EPON更注重對多業務的支持能力，因此更適合未來融合網絡和融合業務的發展。但是它還不夠成熟並且價格偏高，還無法在中國大規模推廣。

中國的FTTH還處於市場啓動階段，離大規模的商業部署還有一段距離。在未來的產業化發展中，運營商對本地網“最後一公里”的壟斷是制約FTTH發展的重要因素，採取“用户駐地網運營商與房地產開發商合作實施”的形式，更有利於FTTH產業的健康發展。從日本、美國、歐洲和韓國等國家的FTTH發展經驗來看，FTTH的核心推動力在於網絡所提供的豐富內容，而政府對應用和內容的監控和管理政策也會制約FTTH的發展。 ^[5] 

WDM突破了傳統SDH網絡容量的極限，將成為未來光網絡的核心傳輸技術。

按照通道間隔的不同，WDM(WavelengthDivisionMultiplexing，波分複用）可以分為DWDM（密集波分複用）和CWDM(稀疏波分複用）這兩種技術。DWDM是當今光纖傳輸領域的首選技術，但CWDM也有其用武之地。

2006年，烽火、華為等設備廠商都推出了自己的DWDM系統，國內運營商也開展了相關的測試和小規模商用。未來DWDM將在對傳輸速率要求苛刻的網絡中發揮不可替代的作用，如利用DWDM來建設骨幹網等。

相對於DWDM，CWDM具有成本低、功耗低、尺寸小、對光纖要求低等優點。未來幾年，電信運營商將會嚴格控制網絡建設成本，這時CWDM技術就有了自己的生存空間，它適合快速、低成本多業務網絡建設，如應用於城域和本地接入網、中小城市的城域核心網等。

彈性分組環（ResilientPacketRing，RPR）將成為未來重要的光城域網技術。許多國內外傳輸設備廠商都開發了內嵌RPR功能的MSTP設備，RPR技術得到了大量芯片製造商、設備製造商和運營商的支持和參與。

在標準化方面，IEEE802.17的RPR標準已經被整個業界認可，而國內的相關標準化工作還在進行中。未來RPR將主要應用於城域網骨幹和接入方面，同時也可以在分散的政務網、企業網和校園網中應用，還可應用於IDC和ISP之中。 ^[6] 

光纖通信之所以受到人們的極大重視，這是因為和其它通信手段相比，具有無以倫比的優越性。

從理論上講，一根僅有頭髮絲粗細的光纖可以同時傳輸1000 億個話路。雖然未達到如此高的傳輸容量，但用一根光纖同時傳輸24 萬個話路的試驗已經取得成功，它比傳統的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，如果再加上波分複用技術把一根光纖當作幾根、幾十根光纖使用，其通信容量之大就更加驚人了。

由於光纖具有極低的衰耗係數（商用化石英光纖已達0.19dB/km 以下），若配以適當的光發送與光接收設備，可使其中繼距離達數百公里以上。這是傳統的電纜（1.5km）、微波（50km）等根本無法與之相比擬的。因此光纖通信特別適用於長途一、二級幹線通信。據報導，用一根光纖同時傳輸24 萬個話路、100 公里無中繼的試驗已經取得成功。此外，已在進行的光孤子通信試驗，已達到傳輸120 萬個話路、6000 公里無中繼的水平。因此，在不久的將來實現全球無中繼的光纖通信是完全可能的。

3.保密性能好

光波在光纖中傳輸時只在其芯區進行，基本上沒有光“泄露”出去，因此其保密性能較好。

4.適應能力強

是指，不怕外界強電磁場的干擾、耐腐蝕，可撓性強（彎曲半徑大於25 釐米時其性能不受影響）等。

便於施工維護便於施工維護便於施工維護便於施工維護 。光纜的敷設方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設，又可以水底和架空。

製造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中幾乎是取之不盡、用之不竭的。因此其潛在價格是十分低廉的。

我們知道，任何一件事物都不會是十全十美的。

1.質地脆，機械強度差。

2.光纖的切斷和接續需要一定的工具、設備和技術。

3.分路、耦合不靈活。

4.光纖光纜的彎曲半徑不能過小（>20cm）。

5.有供電困難問題。 ^[7]