大話光通訊：一根光纖引發的通訊變革

光通訊的起源

一根光纖引發的通訊變革

話說早在西周時期，周幽王為博褒姒一笑，點燃了烽火臺，戲弄了各路諸侯，最終使得西周滅亡，這應該算是光通訊在古代應用的一個典型案例了。

透過烽火傳遞有無敵人入侵的資訊，其實看中了光訊號傳遞特別快的這一特性。

到了1840年，法國的科學家丹尼爾克萊頓做了一個實驗，在裝滿水的水桶上鑽個孔，水流便慢慢從孔流出，然後將光照入水流，發現光居然被水流俘獲了，光線沿著水流方向，曲折傳輸。

其實這是一種光折射的現象，直到1950年，英國科學家展示了一種帶有很厚包層的光導纖維，並且光線可以在其中傳輸，這種光導纖維結構和當下用的光纖類似，但是衰耗很大，算是光纖的雛形。

基於以上的原理，人們將光線在可彎曲的光纖中的全反射現象，應用在了醫療行業：醫療內窺鏡，也就是我們知道的“胃鏡”當中，在較短距離內，透過光導纖維傳遞影像。但是彼時的光導纖維由於其較大的衰耗，還沒有長距通訊的這種應用概念。

一直到1966年，華裔科學家高琨發表論文，他預測：當光纖的衰耗低於20dB/KM時，光纖長距通訊即可成功(當時的光纖衰耗為1000dB/KM)。

並且，他也對當時科學界的普遍認識“光在玻璃中會有很大衰減，無法應用於長距通訊場景”不以為然，為此做了嚴謹的科學論述，這為後來光通訊的發展帶來了革命性的影響。

2009年，高琨因其在光纖通訊領域的卓越表現，獲得諾貝爾物理學獎，被稱為“光纖通訊之父”。

時隔四年之後，基於高琨的理論基礎，美國康寧公司真的做出了20dB/KM的光纖，證明了光纖長距通訊的可能性。

1972年，光纖的衰耗降低至4dB/KM;1974年，降低至1.1dB/KM;1979年，降低至0.2dB/KM;時至今日，光纖的衰耗正在向著0.1dB/KM的大關不斷逼近。

如今，世界已經進入全光纖時代，光纖的出現，使得全世界走進地球村這一設想成為可能。同樣，高畫質影片，AR/VR，IOT，無人駕駛等應用，對網路容量和傳輸穩定性要求越來越高，光纖通訊猶如社會的血脈，使得人類在資訊時代的汪洋大海中乘風破浪。

光通訊的發展

WDM引發光通訊網路的變革

光通訊的發展史，其實就是複用技術的發展史。

當使用光纖作為通訊介質之後，有效地克服了通訊距離的問題，那麼面臨的問題是如何在有限的光纖資源中，傳輸更多的資訊量。

光纖通訊中的TDM,OTDM及WDM等複用技術，則是提供大容量高頻寬通訊的最佳方式。

時間回到30年前，在1G,2G,3G時代，通訊傳輸的內容主要以語言,文字及圖片為主，對通訊傳輸容量的需求不大，光纖中的傳輸複用技術以TDM分時多工為主。

到了4G，5G時代，通訊傳輸的內容主要以高畫質影片及萬物互聯為主，對通訊傳輸容量的需求不斷增大。不同時代及其對應的光通訊複用技術見下圖：

傳統的TDM技術雖然比較成熟,但是由於電子器件瓶頸的影響很難進一步提升單根光纖的傳輸容量，利用TDM技術已經將單根尾纖速率提升至10Gbit/s，繼續透過TDM技術提升線路容量的方式雖然可行，但是成本又過高了。

於是，如何提升光通訊系統傳輸容量的研究就分為了兩個方向----OTDM與WDM。而OTDM由於其複雜性以及WDM的優越性，使得WDM技術成為光通訊未來發展的必然趨勢。

(OTDM技術實現複雜容量提升有限，現階段還不成熟，目前適用於實驗室研究所)

早在1995年，由美國AT&T公司和法國的Alcatel公司在非洲投資的海底光纜光通訊系統，全長超過40000KM，環繞40個國家，採用WDM和光放技術，通道數量16波，單波2.5Gbit/s,總速率為16*2.5=40Gbit/s，可以提供語音、資料、圖片及影片傳輸的業務，這是WDM複用技術在光通訊網路中的最早一批商用。

人類經濟的發展促使對通訊需求的急劇增長，新技術革命的浪潮是社會進步的一大驅動力，WDM技術經過多年的摸爬滾打，在人類社會通訊需求的牽引下不斷最佳化自身，為各行各業保駕護航。

以上內容，是光通訊在過去曲折探索中走過的道路，相信大家會有一些共鳴。那麼繼往開來，光通訊的明天會在哪些方面取得新的突破?

讓我們拭目以待。