要了解光纤通信超远距离传输,光是如何在光纤中超远距离通讯传输之前,先来了解光纤和激光器的发展。
光通信传输肯定离不开激光器,在1960年,美国物理学家西奥多·哈罗德·梅曼向世人展示了一台激光器。这燃起了人们对光通信的兴趣,激光看起来是很有前途的通信方式,可以解决传输带宽问题,很多人就此开始了实验。不过人们很快发现,光传播不到三米能量就损失了一半,这点距离用于检查人体内脏还行,但用于长距离通信传输简直空中楼阁。
因此很多科学家工程师都放弃尝试,但凡成功人都是坚持不懈、勇于探索、敢于尝试。在1966年,当时还是年轻的工程高琨得出了光纤通信商历史性的突破,《光频率介质纤维表面波导》从理论上阐述了有可能把损耗降低到20dB/km的见解,并提出这样的光纤将可用于通信。高锟像传道士一样在世界各地推销他的信念,四年以后,美国康宁公司就真的拉出来了20dB/公里的光纤。从那以后,光纤通信正式开始揭开序幕,1972年,传输损耗降低至4dB/km,最后研制出0.2db/km甚至损耗更低的石英光纤。
1981年发明了单模光纤,光纤通信系统克服了因色散问题影响信号质量。传输的功率与信号衰减的问题也有显著改善,间隔50公里才需要一个中继器增强信号。这是光纤放大器EDFA的诞生堪称光纤通信史上的一个里程碑事件。它使光纤通信可直接进行光中继,使长距离高速传输成为可能,并促使DWDM的诞生。这时光纤通信系统,改用波长1550nm的激光做发射光源,信号的衰减已经低至每公里0.2dB/km,在这些技术的突破,光纤通信系统传输速率可达2.5Gb/s而中继器的间隔可达到100公里。光纤通信系统使用光放大器,进一步减少了长距离传输的中继点。另外,波分复用(WDM)技术则大幅增加了传输速率。
实现光纤通信,一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。我们知道光纤有一定的衰耗,光信号沿着光纤传输将会衰减,传输距离会受到衰减的制约,为了使信号传得更远,我们必须增强光信号。传统的增强光信号的方法是使用再生器,但是这种方法存在很多缺点。首先,再生器只能工作在确定的信号比特率和信号格式下,不同的比特率和信号格式需要不同的信号再生器;其次,每一个通道需要一个再生器,网络配置的成本很高。人们希望有一种不使用再生器也可以增强光信号的方法,既光放大技术。
光放大器的工作不需要转换光信号,然后再转回光信号。这个特性导致光放大器比再生器有两大优势。第一,光放大器支持任何比特率和信号格式,因为光放大器简单的放大缩所收到的信号。第二光放大器不仅支持单个信号波长放大,而且支持一定的波长范围的光信号放大。实际上,光放大器EDFA的出现,WDM波分复用技术才真正在光纤通讯中扮演重要角色,EDFA是现在最流行的光放大器,它的出现把波分复用和全光网络的理论变成现实。