의사소통을 위해 빛을 사용하는 것은 완전히 새로운 개념은 아닙니다. 고대 중국에서는 경고를 위해 비콘 타워를 사용하는 것이 시각적 빛 통신의 가장 좋은 예입니다. 정보를 전송하기 위해 수기기를 사용하는 유럽인들은 광통신의 원시적 형태로 간주될 수도 있습니다.
현대 광통신의 원형은 1880년 벨의 광전화 발명으로 거슬러 올라갑니다. 그는 햇빛을 광원으로 사용하여 렌즈를 통해 광선을 송신기 앞의 진동 거울에 집중시켜 음성 변화에 따라 빛의 강도를 변화시켜 빛의 강도에 대한 음성 변조를 달성했습니다. 수신단에서는 포물선 반사경이 대기를 통해 전달된 광선을 배터리로 반사하고 셀레늄 결정은 광 수신 감지 장치 역할을 하여 광 신호를 전류로 변환합니다. 이러한 방식으로 음성 신호가 대기 공간을 통해 성공적으로 전송되었습니다. 당시에는 이상적인 광원과 전송 매체가 부족했기 때문에 이 광전화는 전송 거리가 매우 짧고 실용적인 응용 가치가 없어 개발이 더디게 진행되었습니다. 그러나 광전화는 광파를 정보 전송의 전달자로 사용할 수 있는 가능성을 입증했기 때문에 여전히 훌륭한 발명품이었습니다. 그러므로 벨의 광전화는 현대 광통신의 원형이라 할 수 있다.
램프의 발명으로 사람들은 이를 광원으로 사용하여 선박 간 통신, 선박과 육상 간 통신, 자동차 방향 지시등, 교통 신호등 등 간단한 광통신 시스템을 구축할 수 있게 되었습니다. 실제로 모든 종류의 표시등은 기본적인 광통신 시스템입니다. 많은 경우, 넓은-스펙트럼 형광등-발광 다이오드를 광원으로 사용할 수 있습니다. 1960년 미국 마이먼(Maiman)이 최초의 루비 레이저를 발명했는데, 이는 어떤 의미에서는 광원 문제를 해결하고 광통신에 새로운 희망을 가져왔습니다. 일반 빛과 비교하여 레이저는 좁은 스펙트럼 폭, 매우 우수한 방향성, 매우 높은 밝기, 상대적으로 일정한 주파수 및 위상과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 레이저는 전파와 유사한 특성을 지닌 매우 일관성 있는 빛이므로 이상적인 광학 매체입니다. 루비레이저에 이어 헬륨-네온(He{10}}Ne) 레이저와 이산화탄소(CO2) 레이저가 잇달아 등장해 실용화됐다. 레이저의 발명과 응용은 80년 동안 정체되었던 광통신을 새로운 단계로 끌어올렸습니다.
고체{0}}레이저의 발명으로 전송되는 광 출력이 크게 증가하고 전송 거리가 연장되어 강둑을 가로지르거나 섬 사이를 가로지르거나 특정 상황에서 대기 레이저 통신을 사용할 수 있게 되었습니다. 그러나 대기 레이저 통신의 안정성과 신뢰성은 여전히 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 정보를 전달하는 광파를 사용하여 대기 전파를 통해 지점간 통신을 달성하는 것이 가능하지만 통신 기능과 품질은 기후에 의해 심각한 영향을 받습니다. 비, 안개, 눈 및 대기 먼지에 의한 흡수 및 산란으로 인해 광파 에너지 감쇠가 상당합니다. 또한 대기 밀도와 온도가-불균일하면 굴절률이 변경되어 빔 위치가 이동하게 됩니다. 따라서 대기 레이저 통신의 거리와 안정성이 크게 제한되어 "-전천후" 통신을 달성할 수 없습니다.
1970년은 광섬유 통신 역사상 빛나는 해였습니다. 미국 코닝사는 손실 20dB/km의 석영 광섬유 개발에 성공하여 광섬유 통신이 동축 케이블 통신과 경쟁할 수 있게 함으로써 광섬유 통신의 밝은 전망을 제시하고 세계 각국이 상당한 인력과 물적 자원을 지속적으로 투자하도록 유도하여 광섬유 통신의 연구 개발을 새로운 단계로 끌어 올렸습니다. 1972년에 Corning Company는 손실을 4dB/km로 줄인 고순도-석영 다중 모드 광섬유를 개발했습니다. 1973년 미국 벨 연구소에서는 광섬유 손실을 2.5dB/km, 1974년에는 1.1dB/km로 줄이는 등 더 큰 성과를 거두었다. 1976년 NTT(Nippon Telegraph and Telephone) 등 일본 기업들은 광섬유 손실을 0.47dB/km(파장 1.2μm)로 줄였다.
1970년에는 광섬유 통신용 광원 분야에서도 상당한 진전이 이루어졌습니다. 그해 미국 벨 연구소, 일본 NEC(일본전기회사), 구소련 등은 저온(-200도)이나 펄스 여기 조건에서 작동하는 반도체 레이저의 한계를 잇달아 돌파하고, 상온에서 연속적으로 발진할 수 있는 갈륨알루미늄비소(GaAlAs) 이중 이종구조 반도체 레이저(단파) 개발에 성공해 반도체 레이저 개발의 초석을 마련했다. 1973년에는 반도체 레이저의 수명이 7×103h에 이르렀습니다. 1977년에 Bell Laboratories에서 개발한 반도체 레이저는 100,000시간(약 11.4년)의 수명을 달성했으며, 추정 수명은 100만 시간으로 실제 요구 사항을 완전히 충족했습니다. 1976년 Nippon Telegraph and Telephone Company는 1.3μm의 파장을 방출하는 인듐 갈륨 비소 인화물(InGaAsP) 레이저를 성공적으로 개발했습니다. 1979년 미국의 AT&T사와 일본의 Nippon Telegraph and Telephone Company는 1.55μm 파장을 방출하는 연속 발진 반도체 레이저 개발에 성공했습니다.
1976년 미국은 애틀랜타에서 세계 최초의 실용적인 광섬유 통신 시스템에 대한 현장 시험을 실시했습니다. 이 시스템은 GaAlAs 레이저를 광원으로, 다중 모드 광섬유를 전송 매체로 사용했으며 속도는 44.7Mbit/s이고 전송 거리는 약 10km입니다. 1980년에 미국에서 표준화된 FT{8}}3 광섬유 통신 시스템이 상업적으로 사용되었습니다. 시스템은 44.7Mbit/s 속도의 등급-인덱스 다중 모드 광섬유를 사용했습니다. 이후 미국은 총 5×10⁴km의 광케이블 길이로 22개 주를 횡단하는 동-서 간선과 남북{19}}간선을 신속하게 부설했습니다. 1976년과 1978년에 일본은 속도가 34Mbit/s이고 전송 거리가 64km인 단계형-인덱스 다중 모드 광섬유 통신 시스템과 속도가 100Mbit/s인 등급형 -인덱스 다중 모드 광섬유 통신 시스템의 시험을 연속적으로 수행했습니다. 1983년 일본은 전국을 남북으로 가로지르는 장거리 광케이블 간선선을 부설했는데, 총 길이는 3400㎞, 초기 전송 속도는 400Mbit/s, 이후 1.6Gbit/s로 확장됐다. 그 후, 미국, 일본, 영국, 프랑스가 시작한 대서양 횡단 TAT-8 해저 광케이블 통신 시스템은 1988년에 총 길이 6.4×103km로 완성되었습니다. 태평양을 횡단하는 최초의 TPC-3/HAW-4 해저 광케이블 통신 시스템은 1989년에 완성되었으며 총 길이는 1.32×10⁵km입니다. 이후 해저 광케이블 통신 시스템 구축이 본격화되면서 글로벌 통신망 발전이 촉진됐다.
Kao가 1966년 전송 매체로 광섬유 개념을 제안한 이후 광섬유 통신은 지속적인 기술 업데이트와 세대를 거쳐 연구에서 응용까지 매우 빠르게 발전했으며, 통신 기능(전송 속도 및 중계기 거리)을 지속적으로 개선하고 응용 범위를 지속적으로 확장했습니다. 광통신의 발전은 크게 다음과 같은 5단계로 나눌 수 있습니다.
1단계: 기초연구부터 상용화 응용개발까지의 기간이다. 1976년부터 많은 현장 시험을 거쳐 연구 개발 단계를 면밀히 거쳐 1978년에 0.8μm 파장에서 작동하는 1세대 광파 시스템이 공식적으로 상용화되어 단파장(0.85μm), 저속(45Mbit/s 또는 34Mbit/s) 다중 모드 광섬유 통신 시스템을 실현했습니다. 손실이 2dB/km인 광섬유가 등장했으며,-비중계기 전송 거리가 약 10km이고 최대 통신 용량이 약 500Mbit/(s·km)입니다. 동축 케이블 시스템과 비교하여 광섬유 통신은 중계기 거리를 연장하고 투자 및 유지 관리 비용을 줄였으며 엔지니어링 및 상업 운영의 추구 목표를 충족했으며 광섬유 통신이 현실화되었습니다.
2단계: 전송률 향상, 전송 거리 연장 등의 연구 목표를 갖고 본격적으로 응용을 추진하는 실용기였다. 이 기간 동안 광섬유는 다중 모드에서 단일{1}}모드로 발전했고, 작동 파장은 단파장(0.85μm)에서 장파장(1.31μm 및 1.55μm)으로 발전하여 작동 파장 1.31μm와 전송 속도 140565Mbit/s의 단일{5}}모드 광섬유 통신을 달성했습니다. 광섬유 손실은 0.5dB/km(1.31μm) 및 0.2dB/km(1.55μm) 수준으로 더욱 감소되었으며, 비-중계기 전송 거리는 50100km입니다.
3단계: 초-초대용량, 초장거리-를 목표로 하여 신기술에 대한 연구를 종합적이고 철저하게 수행하는 시기입니다. 이 기간 동안 1.55μm 분산-이동 단일-모드 광섬유 통신이 실현되었습니다. 이 광섬유 통신 시스템은 외부 변조 기술을 사용했으며 전송 속도는 2.510Gbit/s에 달했고 비-중계기 전송 거리는 100150km에 달했습니다. 실험실에서는 더 높은 수준을 달성할 수 있습니다.
네 번째 단계: 광섬유 통신 시스템은 광 증폭기를 사용하여 중계기 거리를 늘리고 파장 분할 다중화 기술을 사용하여 비트 전송률과 중계기 거리를 늘리는 것이 특징입니다. 이러한 시스템은 때때로 호모다인 또는 헤테로다인 방식을 사용했기 때문에 응집성 광파 통신 시스템이라고도 불렸습니다. 이 단계의 광섬유 통신 시스템에서는 광섬유 증폭기(EDFA)를 통해 광섬유 손실을 보상하고, 보상 후 수천 킬로미터 이상의 전송이 가능했다. 한 실험에서는 채널 간 누화를 무시하면서 50km의 전송 거리에서 100-채널 622Gbit/s 데이터 멀티플렉싱을 달성하기 위해 스타 커플러를 사용했습니다. 또 다른 실험에서는 재생기를 사용하지 않고 2.5Gbit/s의 단일 채널 속도로 광섬유 손실을 EDFA로 보상했으며 증폭기 간격은 80km, 전송 거리는 2223km였습니다. 광파 시스템에서 응집성 검출 기술의 사용은 EDFA를 사용하기 위한 전제 조건은 아닙니다. 일부 실험실에서는 2.4Gbit/s, 2.1×10⁴km 및 5Gbit/s, 1.4×10⁴km 데이터 전송을 달성하기 위해 순환 루프를 사용했습니다. 광섬유 증폭기의 출현은 광섬유 통신 분야에 큰 변화를 가져왔습니다.
다섯 번째 단계: 광섬유 통신 시스템은 비선형 압축을 기반으로 광섬유 분산 확장을 상쇄하여 소위 광학 솔리톤 통신이라고 불리는 펄스 신호의 등각 전송을 달성했습니다.- 이 단계는 20년 이상 지속되었으며 획기적인 진전을 이루었습니다. 이 기본 아이디어는 1973년에 제안되었지만 1988년이 되어서야 Bell Laboratories가 광섬유 손실에 대한 유도 라만 산란 손실 보상을 사용하여 4×103km 이상 데이터를 전송했으며 다음 해에는 전송 거리를 6×103km로 확장했습니다. EDFA는 1989년부터 광 솔리톤 증폭에 사용되기 시작했습니다. 엔지니어링 실무에서 더 큰 이점을 가지게 되었고, 이후 일부 유명 국제 연구실에서 광 솔리톤 통신의 엄청난 잠재력을 고속-장거리-통신으로 검증하기 시작했습니다. 1990년부터 1992년까지 미국과 영국의 실험실에서는 순환 루프를 사용하여 1×10⁴km 이상에 걸쳐 2.5Gbit/s 및 5Gbit/s 데이터를 전송했습니다. 일본 연구소에서는 1×10⁶km 동안 10Gbit/s 데이터를 전송했습니다. 1995년에 프랑스 연구소는 140km의 중계기 거리에서 1×10⁶km에 걸쳐 20Gbit/s 데이터를 전송했습니다. 1995년 영국 연구소는 8100km에 걸쳐 20Gbit/s 데이터를 전송했고 5000km에 걸쳐 40Gbit/s 데이터를 전송했습니다. 선형 광학 솔리톤 시스템의 현장 시험도 일본 도쿄 주변의 대도시 지역 네트워크에서 수행되었으며 각각 2.5×103km 및 1×103km에 걸쳐 10Gbit/s 및 20Gbit/s 데이터를 전송했습니다. 1994년과 1995년에는 80Gbit/s와 160Gbit/s의 고속 데이터도 각각 500km와 200km에 걸쳐 전송되었습니다.
