光纤通信距离长

稀土在通信领域主要用来制作稀土掺杂光纤，尤其是掺铒光纤放大器。

说起通信，我们自然而然会想到电话，但一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，铺设1000千米的同轴电缆大约需要消耗500吨铜，不仅容量太小，还要耗费大量资源，所以美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路。

现代社会和经济的快速发展，信息传输与交换量与日俱增，传统的通信方式远远不能满足人们的需要。为了扩大通信容量，通信方式已从中波、短波发展到毫米波、微波，通过不断提高通信载波频率来满足要求。频率再高就到光波波段了，光波是人们最熟悉的电磁波，与其他波段的电磁波相比，其特点是波长短。用光传递信号，优点是容量大，是微波的百万甚至千万倍。用光波作为载波进行通信，通信容量将大大超过传统通信方式。

要发展光通信，最重要的问题就是要寻找适用于光通信的光源和传输介质。普通光的频率很多，难以携带信息，激光的出现解决了这个问题。和普通光相比，激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，与无线电波相似，是一种理想的光载波。光在普通介质中传播会损耗太多能量，光导纤维应运而生。光在光纤的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，且不受雷击影响或电磁干扰，适合长距离传输。所以光纤通信就是利用激光在光导纤维中传输信息的通信方式，将要传送的图像、数据等信号调制到光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式，所以又称为激光-光纤通信。作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。

2014年9月我国 “超高速超大容量超长距离光传输基础研究”国家973项目验收时，在国内首次实现一根普通单模光纤中以超大容量超密集波分复用传输80千米，传输总容量达到100.23Tb/s，相当于12.01亿对人在一根光纤上同时通话。当然，如果按照理论计算，一对细如蛛丝的光纤可以同时通一百亿路电话！

而铺设1000千米的光纤只需几千克石英就可以。石英的化学成分就是二氧化硅，沙石中多的是，可以说是取之不尽，用之不竭的。

所有这些，源于被誉为 “光纤通信之父”的英籍华人科学家——高锟博士在1966年发表的一篇论文—— 《光频率介质纤维表面波导》。这篇著名的论文奠定了光纤通信的基础，从此，光通信发展就进入了快车道，势头非常迅猛，结果远远超乎人们的想象，直接引领通信领域发生了革命性变化。短短40多年时间，光纤通信技术取得了极为惊人的进步，光纤通信已经遍及世界各地，与人们的日常生活息息相关，成为现代通信网的主要支柱。

光纤由纤芯、包层和护套三部分组成。纤芯和包层构成传光的波导结构，护套起保护作用。纤芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在纤芯和包层的界面上经多次全反射，从另一端射出。只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成的光纤中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射。光纤直径只有1～100μm左右，不仅重量轻、成本低、敷设方便，且容量大、抗干扰、稳定可靠、保密性强。一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光纤整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可做成光缆。用光缆代替电缆通信具有无比的优越性。比如20根光纤组成的像铅笔粗细的光缆，每天可通话7.6万人次，而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆，每天只能通话几千人次。因此光缆正在取代铜线电缆，广泛地应用于通信、电视、广播、交通、军事、医疗等许多领域，光纤也被誉为信息时代的神经。

图14-1 光纤通信之父—高锟

图14-2 光纤

图14-3 光缆及其内部结构

图14-4 掺铒光纤放大器

光纤按原材料可分为玻璃光纤、晶体光纤和塑料光纤三大类，玻璃光纤有石英玻璃光纤、氟化物玻璃光纤和硫系玻璃光纤，此外还有多种特殊光纤，如双折射光纤、衰减场光纤、掺稀土元素的光纤等。这些具有不同性能的光纤，不仅用于信号传输，还广泛用于信号的处理和获取。其中石英玻璃光纤的优点是损耗低，当光波长为1.0～1.7μm（约1.4μm附近），损耗只有1d B/km，在1.55μm处最低，只有0.2d B/km。玻璃具有可塑性好、易制作、成本低等优点，便于光纤的批量生产，满足光通讯网迅速增长的需求。在这些光纤中，掺稀土元素的光纤由于具有光放大的特性，能满足长途光纤通讯网中继器的要求，成为国际上争相研究的热点。这种光纤是以非晶态物质玻璃为基质，在其中掺入一定量的稀土离子。稀土离子能级丰富，能发出各种波长的光，在不同的基质环境中发出光的波长不同。掺杂稀土离子的石英光纤具有很好的激光特性，在光纤的纤芯中，可掺杂铒、钕、镨等稀土族元素。通过不同的掺杂，可控制低损耗窗口的波长位置，提供新的光通信波长。这些优点使得稀土掺杂的玻璃材料在现代光纤通信中应用前景广阔。掺铒光纤放大器在光纤通讯中的大量应用就是一个成功的事例。

光信号在光纤中传输时，不可避免地存在着一些能量损耗和色散损耗，导致光信号能量的降低，色散导致光脉冲展宽，因此每隔一段距离就要设置一个中继器，以便对信号进行放大和再生后继续传输。能用于光纤通信的光放大器主要是半导体激光放大器和掺稀土金属光纤放大器，特别是掺铒光纤放大器 （EDFA）备受青睐。

传统的光电光中继器，其工作原理是先将接收到的弱的光信号经PIN或APD转换成电流信号，并对此信号进行放大均衡判决再生等技术，以便得到一个性能良好的电信号，最后再通过半导体激光器进行电光转换，重新发送到下一段光纤中去。但这种传统的方法在一定程度上却满足不了现代通信传输的要求。

早在1960年激光器发明不久，人们就开始了对光放大器的研究，但真正开始实用化的研究是在1980年以后。随着半导体激光器特性的改善，首先出现了法布里-泊罗型半导体激光放大器，接着开始了对行波式半导体激光放大器的研究。半导体激光放大器尺寸小，频带很宽，增益也很高，但其最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，且易受环境温度影响，因此稳定性较差。80年代后期，掺稀土元素的光纤放大器脱颖而出，并很快达到实用水平，在越洋的长途光通信系统中得到应用。随着光纤技术的发展，还出现了拉曼光纤放大器，它有可能成为下一代光放大器的主流。

1985年，英国南安普顿大学的佩恩等率先发现掺杂稀土元素铒的光纤有激光振荡和光放大的现象，从此揭开了掺铒等光放大的面纱，成为光纤通信中最伟大的发明之一，甚至可以说是当今长距离信息高速公路的 “加油站”。现在已经实用的1.55μm EDFA就是利用掺铒的单模光纤，利用1.47μm的激光进行激励，得到1.55μm光信号放大的。掺铒光纤是在石英光纤中掺入少量稀土元素铒离子（Er3+），它是放大器的核心。

人们不禁要问，科学家为什么会想到在光纤放大器中利用掺杂铒元素来提高光信号的强度呢？这是因为铒是一种稀土元素，长期以来，人们就一直利用在光学器件中掺杂稀土元素的方法，来改善光学器件的性能，所以这个伟大发明的出现也就不是偶然的了。

铒在地壳中的丰度只有3.8×10-6，仅相当于钕的1/10，俗话说，物以稀为贵，铒也算稀土中较贵的，但比起其他重稀土元素来说，铒的丰度仅次于钇和镝，甚至还超过轻稀土中的铕（2.1×10-6），所以铒还是重稀土中富存较多的元素。铒除了具有稀土元素共有的化学活性外，其光学特性也非常突出，为铒在光电子材料和器件中的应用提供了十分有利的条件。

铒以三价离子形式参与作用，Er3+的电子层结构为 ［Xe］4f115s25p66s0，即铒失去2个6s电子和1个4f电子，5s和5p电子层没有发生任何变化。由于铒离子剩余的11个内层4f电子会受到5s、5p形成的外层屏蔽作用，使得4f→4f跃迁的光谱特性不易受到宿主玻璃外场的影响，导致掺铒光纤4f→4f跃迁产生的激光线形极其尖锐。由于掺杂的铒离子分散于石英玻璃基质之中，玻璃基质结构产生的本地场会对铒离子产生微扰，使其谱线分离开来，即斯塔克效应。这些分离的能级间能级差很小，形成了准导带。

掺铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤 （长约10～30m）和泵浦光源组成。它对光信号的放大原理与半导体激光器相同，即当Er3+受到波长980nm或1480nm的光激发吸收泵浦光的能量后，由基态跃迁到高能级的泵浦态。由于粒子在泵浦态的寿命很短，很快以非辐射的方式由泵浦态驰豫到亚稳态，粒子在该能带有较长的寿命，逐渐积累，形成激光系统粒子数分布反转。当有1550nm信号光通过时，亚稳态的Er3+离子以受激辐射的方式跃迁到基态，也正好发射出1550nm波长的光。这种从高能态跃迁至基态时发射的光补充了衰减损失的信号光，从而实现了信号光在光纤传播过程中随着衰减又不间断地被放大。将铒掺入普通石英光纤，配以980nm或1480nm两种波长的半导体激光器，就基本构成了直接放大1550nm光信号的放大器。研究表明，掺铒光纤放大器通常可得到15～40d B的增益，中继距离可以在原来的基础上提高100km以上。

石英光纤可传送各种不同波长的光，但光衰率不一样，1550nm频带的光在石英光纤中传输时光衰减率最低 （仅为0.15d B/km），几乎达到了衰减率的下限。因此，光纤通信以1550nm波长的光作信号光时，光的损失最小。光纤中只要掺杂几十至几百 （×10-6）的铒，就能够起到补偿通讯系统中光损耗的作用，如此微量的铒掺杂所产生的效果，真正体现了稀土元素作为新材料技术中 “工业味精”的作用。掺铒光纤放大器就如同一个光的 “泵站”，使光信号一站一站毫不减弱地传递下去，从而顺畅地开启了现代长距离、大容量、高速光纤通信的技术通道。掺铒光纤放大器在常规光纤数字通信系统中应用，可以省去大量的光中继机，而且中继距离也大为增加，这对于长途光缆干线系统具有重要意义。掺铒光纤放大器克服了电子光纤中继器许多缺点。只需在线路上设1～2个掺铒放大器，其信号传输距离即可提高100～200km。由于掺铒光纤放大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高，连接损耗低，偏振不灵敏等特点，近年来得到了飞速发展，成为光放大器研究发展的主要方向，极大地推动了光纤通信技术的发展。

从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大突破，使光纤传输的距离越来越长，并且开创了波分复用 （WDM）技术。波分复用是指在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号的一种技术。这极大地增加了光纤通信的容量，使之成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。掺铒光纤放大器问世后不到几年，就从实验室研究迅速走向实用化，并在越洋长途光通信系统中得到广泛应用。在1990年到1992年不到两年的时间里，光纤系统的容量就增加了整整一个数量级。在此之前，为达到相同的增长却花费了整整8年时间，充分显示了掺铒光纤放大器的巨大作用，也为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。掺铒光纤放大器的出现和应用改变了光纤通信发展的格局，已成为光纤通信、有线电视、光信息网络系统中的关键器件之一。

图14-5 单模光纤

图14-6 双模光纤

图14-7 单、双波分复用系统的工作原理

光纤放大器的作用还表现在，能够代替原有传输系统中的电再生中继器，特别是在海缆传输系统中，由于建设成本高，增大传输距离和减少中继器一直是海底光缆所要解决的难题，采用光纤放大器可以有效地解决这两个问题。采用光纤放大器，可以把该波段内所有波长的信号同时放大，还能对对多个信道提供增益，且增益不受信号偏振的影响，在高速率多信道的系统中不会产生串扰，在高速传输系统中也不会产生脉冲失真，省去了原来复杂的电中继设备，使其建设费用越来越低。在光纤接入网中，有FTTH（光纤到家）、FTTO（光纤到办公室）、FTTB（光纤到楼）、FTTC（光纤到路边）等多种方式，光纤终端的分支较多，一般分级每增加一倍，光功率会下降3d B，最后到达用户的光功率会比较低，甚至会造成终端无法工作。采用光纤放大器后发出的功率增加，可以补偿线路的损耗，即使经过许多分支后用户端仍能正常接收。所以稀土光纤激光材料在降低光通信的损耗、光纤铺设成本方面起着重要作用，其开发和应用促进了光纤通信的发展和普及。

制作光纤时，采用特殊工艺，在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的稀土元素，如铒、镨或钕等离子，可制作出相应的掺铒、掺镨或掺钕光纤。掺镨的氟化物光纤放大器 （PD-FA）正在开发中，这种光纤放大器工作在1.31μm波段，已敷设的光纤90%都工作在这一窗口。PDFA对现有光通信线路的升级和扩容有重要的意义，已经研制出低噪声、高增益的PDFA，但由于其泵浦效率不高，工作性能不稳定，增益对温度敏感，离实用还有一段距离。有一种含有Er3+和Pr3+两种稀土离子的玻璃光纤，该光纤可在1300nm和1550nm波长下使用，与仅含一种稀土离子的光纤放大器相比较，能提高光纤放大器的光放大效率。掺Nd光纤放大器的工作波长为1060nm及1330nm，由于偏离光纤通信最佳窗口及其他一些原因，其发展及应用受到限制。另外，还有高增益、低损耗、高度透明的Er3+全氟稀土聚合物材料，它是将硅玻璃氟化，其损耗小于5d B/km，可用于通讯网络系统中光纤和波导放大器。这些高度氟化的玻璃具有比I型和II型硅玻璃有更宽的Er3+发射宽度，从而提高了多信道放大器性能。

光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于它有很多优点：传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。下面我们逐一进行介绍。

频带宽：频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段，载波频率为48.5～300Mhz，带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。研究表明，在光纤的1.31μm窗口中低损耗区为1.26～1.36μm，带宽约100nm，在1.55μm窗口中低损耗区为1.48～1.58μm，带宽也是100nm。所以，尽管光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。

损耗低：在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每千米的损耗都在40d B以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31μm的光，每千米损耗在0.35d B以下。若传输1.55μm的光，每千米损耗更小，可达0.2d B以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。

重量轻：光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4～10μm，外径也只有125μm，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。

抗干扰能力强：光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。所以在光纤中传输的信号不易被窃听，有利于保密。

保真度高：光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引来新的非线性失真，只要激光器的线性好，就能高保真地传输电视信号。

工作性能可靠：一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关，设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量较少，不像电缆系统那样需要几十个放大器，可靠性自然高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。

成本不断下降：光通信技术的发展，为因特网宽带技术的发展奠定了良好基础，也为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料即石英来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低。而电缆所需的铜原料有限，铜矿资源被不断消耗后，金属铜的价格会越来越高。

总之，光纤传导光的能力非常强，能利用光缆通讯，能同时传播大量信息。一条光缆通路可同时容纳数十亿人通话，也可同时传送多套电视节目。光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。光缆的质量小而细，不怕腐蚀，铺设也很方便，因此是非常好的通讯材料。目前许多国家已使用光缆作为长途通讯干线。

光纤通信从研究到应用、发展非常迅速，技术上不断更新换代，通信能力 （传输速率和中继距离）不断提高，应用范围不断扩大。从技术的角度讲，光纤通信已经发展到第四代，其中第一代为短波长光纤通信系统，第二代为长波长1.3μm的多模光纤和单模光纤通信系统，第三代为长波长1.5μm单模光纤通信系统，第四代是相干光纤通信或外差光纤通信。

光纤除了可以用于通讯外，还可以用于医疗、军事、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。例如，可将光纤内窥镜导入心脏，测量心脏中的血压、温度等。在能量和信息传输方面，光纤也得到了广泛的应用，如光纤制导导弹、光纤陀螺仪已成为国防和航空航天领域的关键技术。

光纤通信小史

光通信是利用光波来传送信息的，早在三千多年前人们就开始利用光进行通信。中国古代的烽火通信就是利用火光来传递军事情报，使用的设施是烽火台，烽火通信虽然设施简陋，却包含了现代光通信的基本要素。烽火通信的光源是烽火，接收器是人眼，在烽火通信中，被调制的火光信号只有两种状态，即有火光和无火光，有火光表示有敌入侵，无火光表示没有军事情况。烽火通信的光通道是地球表面的大气。

古代的玻璃吹制艺人很早就观察到光在透明介质中通过多次全反射向前传播的现象，但首次科学阐述这一现象的是英国物理学家约翰·丁铎尔，他在向英国皇家学会演示的一个著名实验中，用一只盛满水的器皿，让水从器皿的侧孔中流出时，投射在水中的光也随着水流传导出来。

1880年，威廉·惠勒提出 “管道照明”的设想，并获得美国专利，成为有案可查的最早的 “遥控照明”装置。其基本原理是利用内壁涂有反射层的管子，把中心光源的光像自来水一样引至若干个需要照明的地点，这实际上是光纤用于照明的雏形，光纤照明系统可看作是和上述的 “管道系统”相类似的一个系统。在这个系统中，所传输的介质是光，而用以传输光的 “管道”是光纤。

1881年，贝尔发表了著名的 《关于利用光线实现声音的产生与复制》论文，现代光通信起源于贝尔发明的 “光电话”。贝尔的光电话是以弧光灯为光源，通过透镜将弧光灯发出的光聚焦在送话器的音膜上，音膜随着说话人声音的强弱及音调不同而作相应的振动时，从音膜上反射出来的光的强弱也随之变化。这种被声音信号调制的光通过大气传播一段距离后，被一个大型抛物面镜接收，在抛物面镜的焦点上放着一个硅光电池，硅光电池就是一个光探测器，能将射在其上面的光转换成电信号，这个电信号的强弱及变化频率，恰好能反映原来用于调制光信号的声音的强弱及频率。这个电信号被送进受话器，还原成原来的声音，从而完成了整个通信过程。遗憾的是贝尔的光电话没有真正的实用价值，因为贝尔的光电话装置在晴天时通话距离可达数千米至十几千米，但当气候不好，如大雾天气、下雨或下雪时，光电话常常不能通话。

光电话问世后，由于存在两个限制光通信发展的瓶颈，一个是光源，另一个是传输介质，所以光通信的发展很慢，这种情况一直延续到20世纪60年代。

光纤自身不能发光，但光纤可以传光，用于照明。1954年， 《自然》杂志发表了Hopkin’s和Kapany成功地用一束纤维来传输图像的文章，Van Heel发现低折射率光纤包层的作用，纤维的图像传输的成功实现和光纤包层的提出，这两个进步标志着光导纤维作为一个新兴学科的诞生。

1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。激光器发出的激光与普通光源发出的光相比，其光束的强度很高，方向性极好，光谱的范围小，相位和频率一致性好，其特性和无线电波类似，是一种理想的通信载波，可用来携带信息进行长距离传输。激光器的出现使得光通信进入了一个崭新的阶段。

1963年，英籍华人科学家高锟着手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作，并设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方法。三年后即1966年，高锟和G.A.Hockham发表了十分著名的论文 《光频率介质纤维表面波导》，该文从理论上分析和证明了用光纤作为传输媒体以实现光纤通信用的可能性，并设计了通信用光纤的波导结 （即阶跃光纤），更重要的是，他科学地预言了制造光纤用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料的提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20d B/km以下。他们从理论上指出：如果减少或消除光导纤维中的有害杂质如过渡金属离子，可大大降低光纤传输损耗，提高光纤的传光能力，从而推动光纤制造工艺的研究，并指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，从而奠定了现代光通信——光纤通信的基础。

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1000d B/km以上。制造在20d B/km以下的光纤，被认为是可望而不可即。所以当时的主流科学家都认为，基于极高的损耗，光纤虽然可用在短短的胃镜导管上，但用于长距离通信根本不可能，也几乎无人相信世界上会存在无杂质的玻璃。

但行为及思想常常出人意表的高锟却坚信自己的理论，他像传道一样到处推销他的信念，他远赴日本、德国，甚至美国大名鼎鼎的贝尔实验室。终于在1981年，经过他的不懈努力，第一个光纤系统面世。从此，比人的头发丝还要纤细的光纤取代了体积庞大的千百万条铜线，成为传送容量接近无限的信息传输管道，彻底改变了人类的通讯模式。

后来事实的发展证明了高锟文章的理论性和科学大胆预言的正确性，这篇文章被誉为光纤通信的里程碑，高锟也被誉为 “光纤通信之父”，并荣获2009年诺贝尔物理学奖。

1970年，在高锟理论的指导下，美国康宁玻璃公司根据文章的设想，研制出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗约20d B/km，且几个小时后便损坏了，但它证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低损耗光纤是完全可能的，找到了实现低衰耗传输光波的理想传输媒体，是光纤通信研究的重大实质性突破。1974年，贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的化学气相沉积法 （MCVD），并成功地研制出了损耗为1d B/km的光纤。1976年日本电报电话公司研制出更低损耗的光纤，损耗下降为0.471d B/km。20世纪80年代后期，光纤损耗降到了0.154d B/km.

1970年后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量人力与物力，其来势之汹、规模之大、速度之快远远超出人们的意料，使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。光纤技术以指数规律向前发展。

从光纤的衰耗看，1970年是20d B/km，1972年是4d B/km，1974年是1.1d B/km， 1976年是0.5d B/km，1979年是0.2d B/km，1979年是0.14d B/km，已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1d B/km。

1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续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。后来逐步发展到性能更好、寿命更长达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器 （DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90%的Ⅲ-Ⅴ族雪崩式二极管APD。

从光纤通信系统看，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，从旧体制 （PDH）到新体制 （SDH）的迅猛发展。

1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统的现场试验，系统采用Ga Al As激光器作为光源，多模光纤作为传输介质，速率为45Mbit/s，中继距离为10km，标志着光纤通信从基础研究发展到商业应用的新阶段。到如今传输速度已达到几十Gbit/s。随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大，从初期的市话局间中继到长途干线，进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视，从单一类型信息传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。

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，光缆总长达5万千米。

1983年，日本敷设纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400千米。

1988年，建成第一条横跨大西洋的海底光缆通信系统，全长6400千米。

1989年建成第一条横跨太平洋海底光缆通信系统，全长13200千米。

1999年我国生产的8×2.5Gb/s WDM系统首次在青岛到大连开通，随后沈阳到大连的32×2.5Gb/s WDM光纤通信系统开通，2005年3.2Tb/s超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通，是当时世界容量最大的实用线路。

2008年10月8日，连接亚洲和美洲大陆的首个太级海底光缆通信系统——跨太平洋直达光缆系统正式开通。该系统网络总线长度约26000千米，初始容量为1.28Tb/s，设计容量为5.12Tb/s，能容纳1920万人同时通话，或者相当于同时传递16万路高清电视信号。

由于有了理想的光源和传输介质，从此光纤通信进入了迅猛发展的阶段，远远超出了人们的想象，掀起了通信领域的革命性变革。目前光纤通信已经遍及世界各地，成为现代通信网的主要支柱，并且与人们的日常生活息息相关。每当人们打电话、看电视、用传真机发送文件、在商场里刷卡购物、用提款机取钱或在互联网上冲浪，都是在使用光纤通信技术。光纤具有强大的运载信息能力，目前除了光纤通信系统，没有其他途径能够满足人们对带宽日益增长的需求。光纤为电信行业带来了巨大收益，并引发了许多革命性的变化。

从1970年到现在短短40多年时间，光纤通信技术取得了极为惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体实现通信，这一几百年来人们的梦想终于成为现实。光纤通信技术决定了接入、传输、信令、交换和联网等技术，在现代电信系统中的每个方面都起着关键性的作用，各种新兴的技术和新型光器件层出不穷，“掺铒光纤放大器 （EDFA）+波分复用 （WDM）+非零色散位移光纤 （NZ-DSF）+光电集成 （OEIC）”已成为国际上光纤通信的主要发展方向。但就目前光纤通信而言，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和利用。