Het gebruik van licht voor communicatie is geen geheel nieuw concept. In het oude China is het gebruik van bakentorens voor waarschuwingen het beste voorbeeld van visuele lichtcommunicatie. Europeanen die een seinpaal gebruiken om informatie over te brengen, kunnen ook worden beschouwd als primitieve vormen van optische communicatie.
Het prototype van moderne optische communicatie is terug te voeren op Bell's uitvinding van de fotofoon in 1880. Hij gebruikte zonlicht als lichtbron, waarbij hij de lichtstraal door een lens concentreerde op een trillende spiegel voor de zender, waardoor de lichtintensiteit varieerde met stemveranderingen, waardoor stemmodulatie van de lichtintensiteit werd bereikt. Aan de ontvangende kant reflecteerde een parabolische reflector de lichtbundel die door de atmosfeer werd uitgezonden op een batterij, waarbij seleniumkristallen dienden als het optische ontvangstdetectieapparaat en het optische signaal in elektrische stroom omzetten. Op deze manier werden stemsignalen met succes door de atmosferische ruimte verzonden. Door het destijds ontbreken van ideale lichtbronnen en transmissiemedia had deze fotofoon een zeer korte transmissieafstand en geen praktische toepassingswaarde, wat resulteerde in een langzame ontwikkeling. De fotofoon was echter nog steeds een geweldige uitvinding, omdat deze de haalbaarheid bewees van het gebruik van lichtgolven als dragers voor het verzenden van informatie. Daarom kan de fotofoon van Bell worden beschouwd als het prototype van moderne optische communicatie.
De uitvinding van lampen maakte het voor mensen mogelijk om eenvoudige optische communicatiesystemen te construeren en deze te gebruiken als lichtbronnen, zoals communicatie tussen schepen en tussen schepen en land, richtingaanwijzers voor auto's, verkeerslichtlichten, enz. In feite is elk type indicatielicht een eenvoudig optisch communicatiesysteem. In veel gevallen kunnen breed-fluorescentielicht-emitterende diodes als lichtbronnen worden gebruikt. In 1960 vond de Amerikaanse Maiman de eerste robijnrode laser uit, die in zekere zin het lichtbronprobleem oploste en nieuwe hoop bracht voor optische communicatie. Vergeleken met gewoon licht hebben lasers uitstekende eigenschappen, zoals een smalle spectrale breedte, extreem goede richtingsgevoeligheid, extreem hoge helderheid en relatief consistente frequentie en fase. Lasers zijn zeer coherent licht, met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met radiogolven, waardoor ze ideale optische dragers zijn. Na de robijnlaser verschenen achtereenvolgens helium-neon (He-Ne) lasers en koolstofdioxide (CO₂) lasers, die in de praktijk werden toegepast. De uitvinding en toepassing van lasers brachten optische communicatie, die al 80 jaar sluimerde, naar een geheel nieuw stadium.
De uitvinding van vaste{0}}lasers heeft het uitgezonden optische vermogen enorm vergroot en de transmissieafstand vergroot, waardoor atmosferische lasercommunicatie over rivieroevers, tussen eilanden en in bepaalde specifieke situaties mogelijk werd gemaakt. De stabiliteit en betrouwbaarheid van atmosferische lasercommunicatie bleven echter nog steeds onopgelost. Het gebruik van lichtgolven die informatie overbrengen om communicatie van punt{3}}naar-punt te bereiken via atmosferische voortplanting is haalbaar, maar het communicatievermogen en de kwaliteit worden ernstig beïnvloed door het klimaat. Als gevolg van absorptie en verstrooiing door regen, mist, sneeuw en atmosferisch stof is de verzwakking van de lichtgolfenergie aanzienlijk; bovendien veroorzaakt niet-uniformiteit in atmosferische dichtheid en temperatuur veranderingen in de brekingsindex, wat resulteert in verschuivingen in de bundelpositie. Daarom zijn de afstand en stabiliteit van atmosferische lasercommunicatie zeer beperkt, waardoor communicatie onder alle weersomstandigheden niet mogelijk is.
1970 was een schitterend jaar in de geschiedenis van glasvezelcommunicatie. Corning Company in de Verenigde Staten heeft met succes optische kwartsvezels ontwikkeld met een verlies van 20 dB/km, waardoor optische vezelcommunicatie kan concurreren met coaxiale kabelcommunicatie, waardoor de mooie vooruitzichten van optische vezelcommunicatie aan het licht komen en landen over de hele wereld ertoe worden aangezet om achtereenvolgens substantiële mankracht en materiële middelen te investeren, waardoor het onderzoek en de ontwikkeling van optische vezelcommunicatie naar een nieuwe fase wordt gedreven. In 1972 ontwikkelde Corning Company hoog-zuivere kwarts multimode optische vezels, waardoor het verlies werd teruggebracht tot 4 dB/km. In 1973 behaalde Bell Laboratories in de Verenigde Staten nog grotere resultaten door het verlies aan optische vezels terug te brengen tot 2,5 dB/km, en dit in 1974 verder terug te brengen tot 1,1 dB/km. In 1976 verminderden Japanse bedrijven, waaronder Nippon Telegraph and Telephone (NTT), het verlies aan optische vezels tot 0,47 dB/km (bij een golflengte van 1,2 μm).
In 1970 werd ook aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van lichtbronnen voor glasvezelcommunicatie. Dat jaar doorbraken Bell Laboratories in de Verenigde Staten, Nippon Electric Company (NEC) in Japan en de voormalige Sovjet-Unie achtereenvolgens de beperkingen van halfgeleiderlasers die werkten bij lage temperaturen (-200 graden) of onder gepulseerde excitatieomstandigheden, door met succes galliumaluminiumarsenide (GaAlAs) dubbele heterostructuur halfgeleiderlasers (korte golf) te ontwikkelen die continu konden oscilleren bij kamertemperatuur, waarmee de basis werd gelegd voor de ontwikkeling van halfgeleiderlasers. In 1973 bereikte de levensduur van halfgeleiderlasers 7×10³h. In 1977 bereikten de door Bell Laboratories ontwikkelde halfgeleiderlasers een levensduur van 100.000 uur (ongeveer 11,4 jaar), met een geëxtrapoleerde levensduur van 1 miljoen uur, waarmee ze volledig voldeden aan de praktische eisen. In 1976 ontwikkelde Nippon Telegraph and Telephone Company met succes indium gallium arsenide fosfide (InGaAsP) lasers die uitzenden met een golflengte van 1,3 μm. In 1979 ontwikkelden AT&T Company in de Verenigde Staten en Nippon Telegraph and Telephone Company in Japan met succes continu oscillerende halfgeleiderlasers die uitzenden met een golflengte van 1,55 μm.
In 1976 voerden de Verenigde Staten in Atlanta veldproeven uit met 's werelds eerste praktische glasvezelcommunicatiesysteem. Het systeem gebruikte GaAlAs-lasers als lichtbronnen en multimode optische vezels als transmissiemedium, met een snelheid van 44,7 Mbit/s en een transmissieafstand van ongeveer 10 km. In 1980 werd het gestandaardiseerde FT-3 glasvezelcommunicatiesysteem in de Verenigde Staten commercieel gebruikt. Het systeem maakte gebruik van graded-index multimode optische glasvezel met een snelheid van 44,7 Mbit/s. Vervolgens legden de Verenigde Staten snel oost-west-hoofdlijnen en noord-zuid-hoofdlijnen aan, die 22 staten doorkruisten, met een totale optische kabellengte van 5×10⁴km. In 1976 en 1978 voerde Japan achtereenvolgens tests uit met step-index multimode glasvezelcommunicatiesystemen met een snelheid van 34 Mbit/s en een transmissieafstand van 64 km, evenals graded-index multimode optische vezelcommunicatiesystemen met een snelheid van 100 Mbit/s. In 1983 legde Japan een langeafstandskabel voor optische kabels aan die van noord naar zuid door het land liep, met een totale lengte van 3400 km, een initiële transmissiesnelheid van 400 Mbit/s, later uitgebreid tot 1,6 Gbit/s. Vervolgens werd het TAT-8 onderzeese optische kabelcommunicatiesysteem over de Atlantische Oceaan, geïnitieerd door de Verenigde Staten, Japan, het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk, in 1988 voltooid, met een totale lengte van 6,4 x 10³ km; het eerste TPC-3/HAW-4 onderzeese optische kabelcommunicatiesysteem over de Stille Oceaan werd in 1989 voltooid, met een totale lengte van 1,32 x 10⁵km. Sindsdien is de constructie van onderzeese optische kabelcommunicatiesystemen volledig ontwikkeld, wat de ontwikkeling van wereldwijde communicatienetwerken bevordert.
Sinds Kao in 1966 het concept van optische vezels als transmissiemedium voorstelde, heeft optische vezelcommunicatie zich zeer snel ontwikkeld van onderzoek naar toepassing, met voortdurende technologische updates en generaties, voortdurend verbeterende communicatiemogelijkheden (transmissiesnelheid en repeaterafstand) en voortdurend uitbreidende toepassingsmogelijkheden. De ontwikkeling van optische communicatie kan grofweg worden onderverdeeld in de volgende vijf fasen:
De eerste fase: dit was de periode van fundamenteel onderzoek tot de ontwikkeling van commerciële toepassingen. Beginnend in 1976, nauwlettend gevolgd door onderzoeks- en ontwikkelingsstappen, werd na vele veldproeven in 1978 het optische golfsysteem van de eerste generatie, werkend op een golflengte van 0,8 μm, officieel in commercieel gebruik genomen, waardoor korte golflengte (0,85 μm), lage snelheid (45 Mbit / s of 34 Mbit / s) multimode optische vezelcommunicatiesystemen werden gerealiseerd. Er ontstond glasvezel met een verlies van 2 dB/km, met een niet-{9}}repeatertransmissieafstand van ongeveer 10 km en een maximale communicatiecapaciteit van ongeveer 500 Mbit/(s·km). Vergeleken met coaxiale kabelsystemen had optische vezelcommunicatie de repeaterafstanden vergroot, de investerings- en onderhoudskosten verlaagd, voldaan aan de nagestreefde doelstellingen van technische en commerciële activiteiten, en werd optische vezelcommunicatie een realiteit.
De tweede fase: dit was een praktische periode met onderzoeksdoelen om de transmissiesnelheden te verbeteren en de transmissieafstanden te vergroten, en het krachtig promoten van toepassingen. Gedurende deze periode ontwikkelde optische vezel zich van multimode naar single{1}}mode, werkgolflengten ontwikkelden zich van korte golflengten (0,85μm) naar lange golflengten (1,31μm en 1,55μm), waardoor single-mode optische vezelcommunicatie werd bereikt met een werkgolflengte van 1,31μm en transmissiesnelheden van 140565Mbit/s. Het verlies aan optische vezels werd verder teruggebracht tot niveaus van 0,5 dB/km (1,31 μm) en 0,2 dB/km (1,55 μm), met niet--repeatertransmissieafstanden van 50100 km.
De derde fase: dit was een periode met als doel ultra-grote capaciteit en ultra-lange afstanden, waarbij alomvattend en grondig onderzoek naar nieuwe technologieën werd uitgevoerd. Gedurende deze periode werd 1,55 μm dispersie-shifted single-mode optische vezelcommunicatie gerealiseerd. Dit communicatiesysteem via optische vezels maakte gebruik van externe modulatietechnologie, met transmissiesnelheden tot 2,510 Gbit/s en transmissieafstanden zonder repeater tot 100150 km. Laboratoria zouden zelfs nog hogere niveaus kunnen bereiken.
De vierde fase: Communicatiesystemen met optische vezels werden gekenmerkt door het gebruik van optische versterkers om de repeaterafstanden te vergroten en het gebruik van golflengteverdelingsmultiplextechnologie om de bitsnelheden en repeaterafstanden te vergroten. Omdat deze systemen soms homodyne- of heterodyne-schema's gebruikten, werden ze ook coherente optische golfcommunicatiesystemen genoemd. In optische vezelcommunicatiesystemen werd in dit stadium het verlies aan optische vezels gecompenseerd door optische vezelversterkers (EDFA), en na compensatie was transmissie over duizenden kilometers mogelijk. In één experiment werd een sterkoppeling gebruikt om 100--kanaals 622Gbit/s datamultiplexing te realiseren over een transmissieafstand van 50 km, met verwaarloosbare overspraak tussen de kanalen; in een ander experiment, met een enkelkanaalssnelheid van 2,5 Gbit/s, zonder gebruik te maken van regeneratoren, werd het verlies aan optische vezels gecompenseerd door EDFA, met een versterkerafstand van 80 km en een transmissieafstand van 2223 km. Het gebruik van coherente detectietechnologie in optische golfsystemen was geen voorwaarde voor het gebruik van EDFA. Sommige laboratoria hadden circulerende lussen gebruikt om datatransmissie van 2,4 Gbit/s, 2,1×10⁴km en 5Gbit/s, 1,4×10⁴km te bereiken. De komst van glasvezelversterkers zorgde voor grote veranderingen op het gebied van glasvezelcommunicatie.
De vijfde fase: Communicatiesystemen met optische vezels waren gebaseerd op niet-lineaire compressie om de verbreding van de verspreiding van optische vezels te compenseren, waardoor een conforme transmissie van pulssignalen werd bereikt, de zogenaamde optische soliton-communicatie. Deze fase duurde ruim twintig jaar en er was sprake van baanbrekende vooruitgang. Hoewel dit basisidee in 1973 werd voorgesteld, duurde het tot 1988 voordat Bell Laboratories gestimuleerde Raman-verstrooiingsverliescompensatie gebruikte voor verlies aan optische vezels, waarbij gegevens over 4 x 10³ km werden verzonden, en het jaar daarop werd de transmissieafstand uitgebreid tot 6 x 10³ km. EDFA werd in 1989 voor optische solitonversterking gebruikt. Het had grotere voordelen in de technische praktijk, en sindsdien begonnen enkele beroemde internationale laboratoria het enorme potentieel van optische solitoncommunicatie als hoge-langeafstands-communicatie te verifiëren. Van 1990 tot 1992 gebruikten laboratoria in de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk circulerende lussen om gegevens van 2,5 Gbit/s en 5 Gbit/s over meer dan 1×10⁴km te verzenden; Japanse laboratoria verzonden gegevens van 10 Gbit/s over 1×10⁶km. In 1995 verzonden Franse laboratoria gegevens van 20 Gbit/s over 1×10⁶km, met een repeaterafstand van 140 km. In 1995 verzonden Britse laboratoria 20Gbit/s data over 8100 km en 40Gbit/s data over 5000 km. Er werden ook veldproeven uitgevoerd met lineaire optische soliton-systemen in grootstedelijke netwerken rond Tokio, Japan, waarbij gegevens van 10 Gbit/s en 20 Gbit/s werden verzonden over respectievelijk 2,5 x 10³ km en 1 x 10³ km. In 1994 en 1995 werden gegevens met hoge-snelheden van 80 Gbit/s en 160 Gbit/s ook over respectievelijk 500 km en 200 km verzonden.
