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第1章概论

1.1.1探索时期的光通信

中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息，这些都可以看作是原始形式的光

通信。望远镜的出现，又极大地延长了这种目视光通信的距离。

为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束限制在特定的空间内传输。因

而提出了透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装

一个透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。反射镜波导和透镜波导相

似，是用与光束传输方向成45°角的二个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从

理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现场施工中校准和安装

十分复杂；其次，为了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人车稀少的地

区使用。

由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。

1.1.2现代光纤通信

1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新

概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代

光通信——光纤通信的基础

如果把材料中金属离子含量的比重降低到10-6以下，就可以使光纤损耗减小到10

dB/km。再通过改进制造工艺的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几

dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。

1970年，光纤研制取得了重大突破。在当年，美国康宁(Corning)公司就研制成功损

耗20dB/km的石英光纤。它的意义在于：使光纤通信可以和同轴电缆通信竞争，从而展现

了光纤通信美好的前景，促进了世界各国相继投入大量人力物力，把光纤通信的研究开发

推向一个新阶段。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美

国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。

1976年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。

在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20dB/km，1984年是

0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。

1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。当年，美国贝尔实验室、日

本电气公司(NEC)和前苏联先后突破了半导体激光器在低温(-200℃)或脉冲激励条件下工

作的限制，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。

虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。

1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿

命达到10万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。

1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，

系统采用GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。

1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用，系统采用渐变型多模光纤，速率

为44.7Mb/s。

随后美国很快敷设了东西干线和南北干线，穿越22个州光缆总长达5×104km。1976

年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s，传输距离为64km的突变型多模光纤通信

系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本

南北的光缆长途干线，全长3400km，初期传输速率为400Mb/s，后来扩容到1.6Gb/s。随

后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成，

全长6400km；第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4，海底光缆通信系统于1989年建成，全

长13200km。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。

自从1966年高锟提出光纤作为传输介质的概念以来，光纤通信从研究到应用，发展非

常