1.1 光网络的发展及演进

人类利用光进行通信的历史可以追溯到我国古代战争中的烽火狼烟。近百年来人们曾研究过光圈波导、气体透镜波导、空心金属波导管等，想利用它们作为传送光波的媒体以实现通信，但终因它们衰耗过大或者造价昂贵而无法实用化。一直到1966年7月，英藉华裔学者高锟博士（K.C.Kao）在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构；更重要的是科学地预言了制造通信用的超低衰耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下，以实现通信。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰耗系数在1000dB/km以上；对于制造衰耗系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆预言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。

美国康宁玻璃公司在1970年根据高锟文章的设想，用改进型化学汽相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低衰耗光纤，成为光纤通信爆炸性发展的导火索。虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗系数约20dB/km。但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低衰耗光纤是完全有可能的，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想传输媒体，从而打开了光纤通信走向实用化的大门，使光纤通信的发展有了重大的实质性突破。

1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料。从光纤衰耗系数看，1970年是20dB/km，1972年是4dB/km，1974年是1.1dB/km，1976年是0.5dB/km，1979年是0.2dB/km，1990年是0.14dB/km。这个指标已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。光纤通信技术的迅猛发展，说明高锟博士当年预见的衰耗系数在20dB/km以下的水平显然是太保守了，但高锟博士对人类的贡献是巨大的，40年后在2009年10月高锟等三位科学家获得2009年度诺贝尔物理学奖，理由是“他们帮助塑造了当今网络社会的基础”。

在光传输介质获得突破性进展的同时，1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的寿命达几十万小时的分布反馈式（DFB）、多量子阱（MQW）式单纵模激光器（SLM）。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90%以上的III-V族雪崩光二极管APD。

正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量，从短距离到长距离，从低水平到高水平，从PDH到SDH、DWDM，再到智能化光网络的迅猛发展。

光纤通信系统经历了几个发展阶段，人类用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实，然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，随着科技水平的发展，光纤通信向更高水平、更高阶段方向发展是历史之必然。