光纤通信的发展史

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1、光纖通信的發展史在日常生活中，我們時常聽到「光纖通訊(OpticalFiberCommunications)」，但什麼是「光纖通訊」呢？它又是如何傳遞光的訊號呢？為了解這個問題，我們先從「光傳輸」的歷史講起光纖通信是七十年代發展起來的一門新興技術。光纖是光導纖維的簡稱。它是由玻璃材料(SiO2)抽絲而成的一種光傳輸媒體。以光波傳送資訊，以光纖為傳輸介質的通信方式稱為光纖通信。利用光進行資訊傳遞的歷史至少可以追溯到我國古代的峰火台，當時是用火光來傳遞訊號作為警戒用途，至今已有七百多年的歷史。後來則是在海上航行的船隻利用燈號來

2、作為通訊用途，比如：海軍旗語、信號彈。乃至現在在大城市仍然使用的紅綠燈都是利用光進行通信的。從近代科技的發展史來看，「光通訊」重大發明則是在西元1880年由貝爾(AlexanderGrahamBell)發明的「光話機」(Photophone)所獲得。貝爾將太陽聚成一道極為狹窄的光束，照射在很薄的鏡子上，當人們發出聲音的「聲波」讓這面薄鏡產生振動時，「反射光」「強度」的變化使得感應的偵測器產生變動，改變「電阻」值。而接收端則利用變化的「電阻」值產生電流，還原成原來的「聲波」。當貝爾測試「光話機」成功時，他寫下了「我聽到光線的

3、笑聲、咳嗽聲和歌唱聲」。他的這項發明僅能傳播約200公尺，因為藉由空氣傳遞的光束，遇到的情況都不盡相同，例如霧、雨或雪都能阻擋光線，甚至在乾燥而新鮮的空氣中，光線強度仍會隨距離迅速減弱。當時貝爾雖曾預測這項發明「在科學世界裏，將遠比電話、留聲機和麥克風更有趣」，但是這種初期的光通信所能傳送的資訊是十分有限的。一方面由於普通光源或日光成份複雜、振動方面雜亂而無法調變；另一方面利用大氣為介質進行光通信損耗大，受氣候影響嚴重、不能全天侯進行、易受地理條件的限制。因此，貝爾的“光話機”由於高強度光源的可靠度和低損耗介質的穩定性，仍

4、未能解決而一直未能實用。1960年，正當人們開始認識到資訊對未來社會重要性的時候，美國的Maimen發明了紅寶石雷射二極體。由此，人們得到了良好的同調光，使光通信得到了新生。這更加激發了人們對低損耗導光介質的研究熱潮。有人也想到了利用物質傳導光。所以在西元1870年時，約翰道耳(JohnTyndall)作了一個實驗，讓「光波」在由桶底流出的水柱中傳播，因為光為「電磁波」的一種，所以我們稱水柱那樣可以傳導光波的物質為「波導（waveguide）」。介質「波導」的理論則始於西元1910年，由Hondros及Debye首先提出。

5、近代的「光纖通訊」始於421960年代，而使得「光纖」成為現在及未來通訊的主力乃是基於兩個事件的激發：首先是西元1960年美國物理學家梅門（TheodoreHaroldMaiman）成功地使紅寶石振盪產生「雷射光」。第二則為西元1966年，科學家高錕（CharlesKao）及GeorgeA.Hockham，他們預測所製作的「光纖」，能夠讓「光波」在其中傳輸一公里，仍有原來1﹪的光能量，那麼「光纖」就能夠像電纜一般，來作為傳輸工具。因為在當時，即使是最好的「光纖」，「光波」在其中傳輸20公尺就已使光能量降低至原來能量的1﹪。

6、到了西元1970年，由貝爾實驗室製作成功，可於常溫下連續振盪之半導體雷射（Semi-Conductor-Laser）及康寧玻璃工廠（CorningGlassWork）製造出每公里衰滅小於20分貝的低損失石英質（Silica）光纖後，「光纖」技術一日千里。今日，由於光電科技的發展，每公里衰滅低於1分貝，傳輸頻寬（「頻率寬度」）高於800MHZ的光電纜已可大量生產，再配合「高階數位多工」（HighOrderDigitalMultiplex）技術的發展以及高性能「光電元件」（Opto-ElectronicDevice）的開發，每

7、秒傳播速度高達九千萬「位元（BinaryDigit，簡稱bit）」，甚至每到每秒四億「位元」之高速大容量光通訊系統，目前已達實用化的階段。當然，利用玻璃中的全反射原理傳光，早已為人們所熟知，並且已在醫學領域中得到應用(短距離傳光光纖束)。但到60年代中期，最好的光學玻璃的傳輸損耗仍高達1000dB/km。這意味著，如果要在一公里長的光纖末端檢測到一個波長為1μm的光子(其能量hυ≒2×10-19焦耳)，則在其入端要輸入的光的能量為2×1081焦耳。這將遠超過太陽系自形成以來的，全部輻射能量的總和。在希望渺茫的局面下，196

8、6年英籍華人高錕(C.K.Kao)博士和Hockham發表了一篇具有劃時代意義的論文，他們提出，如果利用帶有包層材料的石英玻璃光學纖維(光纖)來進行光通信，其損耗可能低於20dB/km。他們還指出，這類玻璃的理論最低損耗值比這一數值還要低得多。1970年美國的康寧公司果然製造出損耗為20dB/km的光導