Η χρήση φωτός για επικοινωνία δεν είναι μια εντελώς νέα έννοια. Στην αρχαία Κίνα, η χρήση πύργων φάρων για προειδοποιήσεις είναι το καλύτερο παράδειγμα επικοινωνίας οπτικού φωτός. Οι Ευρωπαίοι που χρησιμοποιούν σηματοφόρο για τη μετάδοση πληροφοριών μπορούν επίσης να θεωρηθούν πρωτόγονες μορφές οπτικής επικοινωνίας.
Το πρωτότυπο της σύγχρονης οπτικής επικοινωνίας μπορεί να ανιχνευθεί στην εφεύρεση του φωτόφωνου από τον Bell το 1880. Χρησιμοποίησε το φως του ήλιου ως πηγή φωτός, εστιάζοντας τη δέσμη φωτός μέσω ενός φακού σε έναν δονούμενο καθρέφτη μπροστά από τον πομπό, με αποτέλεσμα η ένταση του φωτός να ποικίλλει ανάλογα με τις αλλαγές φωνής, επιτυγχάνοντας έτσι τη φωνητική διαμόρφωση του φωτός. Στο άκρο λήψης, ένας παραβολικός ανακλαστήρας αντανακλούσε τη δέσμη φωτός που μεταδόθηκε μέσω της ατμόσφαιρας σε μια μπαταρία, με τους κρυστάλλους σεληνίου να χρησιμεύουν ως η συσκευή ανίχνευσης οπτικής λήψης, μετατρέποντας το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό ρεύμα. Με αυτόν τον τρόπο, τα φωνητικά σήματα μεταδίδονταν με επιτυχία μέσω του ατμοσφαιρικού χώρου. Λόγω της έλλειψης ιδανικών πηγών φωτός και μέσων μετάδοσης εκείνη την εποχή, αυτό το φωτόφωνο είχε πολύ μικρή απόσταση μετάδοσης και καμία πρακτική αξία εφαρμογής, με αποτέλεσμα την αργή ανάπτυξη. Ωστόσο, το φωτόφωνο ήταν ακόμα μια σπουδαία εφεύρεση, καθώς απέδειξε τη δυνατότητα χρήσης κυμάτων φωτός ως φορείς για τη μετάδοση πληροφοριών. Επομένως, το φωτόφωνο του Bell μπορεί να θεωρηθεί το πρωτότυπο της σύγχρονης οπτικής επικοινωνίας.
Η εφεύρεση των λαμπτήρων έδωσε τη δυνατότητα στους ανθρώπους να κατασκευάζουν απλά συστήματα οπτικής επικοινωνίας, χρησιμοποιώντας τα ως πηγές φωτός, όπως επικοινωνία μεταξύ πλοίων και μεταξύ πλοίων και ξηράς, φλας αυτοκινήτων, φανάρια σηματοδότησης κ.λπ. Στην πραγματικότητα, κάθε τύπος ενδεικτικού φωτός είναι ένα βασικό σύστημα οπτικής επικοινωνίας. Σε πολλές περιπτώσεις, οι δίοδοι εκπομπής φωτός φθορισμού ευρέως-φάσματος-μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγές φωτός. Το 1960, ο Αμερικανός Maiman εφηύρε το πρώτο ρουμπινί λέιζερ, το οποίο κατά μία έννοια έλυσε το πρόβλημα της πηγής φωτός και έφερε νέα ελπίδα στην οπτική επικοινωνία. Σε σύγκριση με το συνηθισμένο φως, τα λέιζερ έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως στενό φασματικό πλάτος, εξαιρετικά καλή κατευθυντικότητα, εξαιρετικά υψηλή φωτεινότητα και σχετικά σταθερή συχνότητα και φάση. Τα λέιζερ είναι φως υψηλής συνοχής, με χαρακτηριστικά παρόμοια με τα ραδιοκύματα, γεγονός που τα καθιστά ιδανικούς οπτικούς φορείς. Μετά το ρουμπινί λέιζερ, εμφανίστηκαν διαδοχικά και τέθηκαν σε πρακτική χρήση λέιζερ ηλίου-νέον (He-Ne) και λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Η εφεύρεση και η εφαρμογή των λέιζερ έφερε την οπτική επικοινωνία, η οποία ήταν αδρανής για 80 χρόνια, σε ένα ολοκαίνουργιο στάδιο.
Η εφεύρεση των λέιζερ στερεάς-κατάστασης αύξησε σημαντικά τη μεταδιδόμενη οπτική ισχύ και επέκτεινε την απόσταση μετάδοσης, επιτρέποντας τη χρήση ατμοσφαιρικής επικοινωνίας λέιζερ στις όχθες ποταμών, μεταξύ των νησιών και σε ορισμένες συγκεκριμένες καταστάσεις. Ωστόσο, η σταθερότητα και η αξιοπιστία της ατμοσφαιρικής επικοινωνίας λέιζερ παρέμενε ακόμη άλυτη. Η χρήση φωτεινών κυμάτων που μεταφέρουν πληροφορίες για την επίτευξη επικοινωνίας από σημείο σε-σημείο μέσω της ατμοσφαιρικής διάδοσης είναι εφικτή, αλλά η ικανότητα και η ποιότητα επικοινωνίας επηρεάζονται σοβαρά από το κλίμα. Λόγω της απορρόφησης και της διασποράς από τη βροχή, την ομίχλη, το χιόνι και την ατμοσφαιρική σκόνη, η εξασθένηση της ενέργειας των κυμάτων φωτός είναι σημαντική. Επιπλέον, η μη ομοιομορφία στην ατμοσφαιρική πυκνότητα και θερμοκρασία προκαλεί αλλαγές στον δείκτη διάθλασης, με αποτέλεσμα μετατοπίσεις της θέσης της δέσμης. Ως εκ τούτου, η απόσταση και η σταθερότητα της ατμοσφαιρικής επικοινωνίας λέιζερ είναι πολύ περιορισμένη, ανίκανη να επιτύχει επικοινωνία «παντός-καιρού».
Το 1970 ήταν μια λαμπρή χρονιά στην ιστορία της επικοινωνίας οπτικών ινών. Η Corning Company στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξε επιτυχώς οπτικές ίνες χαλαζία με απώλεια 20dB/km, επιτρέποντας στην επικοινωνία οπτικών ινών να ανταγωνιστεί την επικοινωνία με ομοαξονικό καλώδιο, αποκαλύπτοντας έτσι τις λαμπρές προοπτικές της επικοινωνίας οπτικών ινών και ωθώντας τις χώρες σε όλο τον κόσμο να επενδύσουν διαδοχικά σημαντικό ανθρώπινο δυναμικό και υλικούς πόρους για έρευνα και ανάπτυξη οπτικών ινών. Το 1972, η Corning Company ανέπτυξε υψηλής-καθαρότητας πολυτροπική οπτική ίνα χαλαζία, μειώνοντας την απώλεια στα 4dB/km. Το 1973, τα εργαστήρια Bell στις Ηνωμένες Πολιτείες πέτυχαν ακόμη μεγαλύτερα αποτελέσματα, μειώνοντας την απώλεια οπτικών ινών στα 2,5 dB/km και μειώνοντάς την περαιτέρω σε 1,1 dB/km το 1974. Το 1976, ιαπωνικές εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων των Nippon Telegraph and Telephone (NTT) μείωσαν την απώλεια οπτικών ινών 1,2 μm).
Το 1970, σημειώθηκε επίσης σημαντική πρόοδος στις πηγές φωτός για την επικοινωνία οπτικών ινών. Εκείνο το έτος, η Bell Laboratories στις Ηνωμένες Πολιτείες, η Nippon Electric Company (NEC) στην Ιαπωνία και η πρώην Σοβιετική Ένωση ξεπέρασαν διαδοχικά τους περιορισμούς των λέιζερ ημιαγωγών που λειτουργούσαν σε χαμηλές θερμοκρασίες (-200 βαθμούς ) ή υπό συνθήκες παλμικής διέγερσης, αναπτύσσοντας με επιτυχία αρσενίδιο αλουμινίου γαλλίου (GaAlAlAlAlAstructures) ταλαντώνονται συνεχώς σε θερμοκρασία δωματίου, θέτοντας τα θεμέλια για την ανάπτυξη λέιζερ ημιαγωγών. Το 1973, η διάρκεια ζωής των λέιζερ ημιαγωγών έφτασε τις 7×10³h. Το 1977, τα λέιζερ ημιαγωγών που αναπτύχθηκαν από την Bell Laboratories πέτυχαν διάρκεια ζωής 100.000 h (περίπου 11,4 χρόνια), με προεκτεινόμενη διάρκεια ζωής 1 εκατομμύριο ώρες, ικανοποιώντας πλήρως τις πρακτικές απαιτήσεις. Το 1976, η Nippon Telegraph and Telephone Company ανέπτυξε με επιτυχία λέιζερ φωσφιδικού αρσενιδίου του ινδίου γαλλίου (InGaAsP) που εκπέμπουν σε μήκος κύματος 1,3 μm. Το 1979, η AT&T Company στις Ηνωμένες Πολιτείες και η Nippon Telegraph and Telephone Company στην Ιαπωνία ανέπτυξαν επιτυχώς συνεχώς ταλαντευόμενα λέιζερ ημιαγωγών που εκπέμπουν σε μήκος κύματος 1,55 μm.
Το 1976, οι Ηνωμένες Πολιτείες διεξήγαγαν δοκιμές πεδίου του πρώτου πρακτικού συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών στον κόσμο στην Ατλάντα. Το σύστημα χρησιμοποίησε λέιζερ GaAlAs ως πηγές φωτός και πολυτροπική οπτική ίνα ως μέσο μετάδοσης, με ρυθμό 44,7 Mbit/s και απόσταση μετάδοσης περίπου 10 km. Το 1980, το τυποποιημένο σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών FT-3 στις Ηνωμένες Πολιτείες τέθηκε σε εμπορική χρήση. Το σύστημα χρησιμοποίησε διαβαθμισμένη{11}}πολυτροπική οπτική ίνα ευρετηρίου με ρυθμό 44,7 Mbit/s. Στη συνέχεια, οι Ηνωμένες Πολιτείες δημιούργησαν γρήγορα ανατολικές-δυτικές γραμμές κορμού και βόρεια-νότια γραμμές, διασχίζοντας 22 πολιτείες, με συνολικό μήκος οπτικού καλωδίου 5×10⁴km. Το 1976 και το 1978, η Ιαπωνία διεξήγαγε διαδοχικά δοκιμές step-πολυτροπικών συστημάτων επικοινωνίας οπτικών ινών ευρετηρίου με ρυθμό 34 Mbit/s και απόσταση μετάδοσης 64 km, καθώς και διαβαθμισμένα-πολυτροπικά συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών με ταχύτητα 100Mbit/s. Το 1983, η Ιαπωνία δημιούργησε μια γραμμή κορμού οπτικών καλωδίων μεγάλων αποστάσεων που διέτρεχε τη χώρα από βορρά προς νότο, με συνολικό μήκος 3400 km, αρχικό ρυθμό μετάδοσης 400 Mbit/s, που αργότερα επεκτάθηκε σε 1,6 Gbit/s. Στη συνέχεια, ολοκληρώθηκε το 1988 το υποβρύχιο σύστημα οπτικής καλωδιακής επικοινωνίας TAT-8 στον Ατλαντικό Ωκεανό, που ξεκίνησε από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ιαπωνία, το Ηνωμένο Βασίλειο και τη Γαλλία, με συνολικό μήκος 6,4×10³km. το πρώτο υποβρύχιο σύστημα οπτικής καλωδιακής επικοινωνίας TPC-3/HAW-4 στον Ειρηνικό Ωκεανό ολοκληρώθηκε το 1989, με συνολικό μήκος 1,32×105 km. Έκτοτε, η κατασκευή υποθαλάσσιων συστημάτων επικοινωνίας οπτικών καλωδίων έχει αναπτυχθεί πλήρως, προωθώντας την ανάπτυξη παγκόσμιων δικτύων επικοινωνίας.
Από τότε που ο Kao πρότεινε την έννοια της οπτικής ίνας ως μέσο μετάδοσης το 1966, η επικοινωνία οπτικών ινών αναπτύχθηκε πολύ γρήγορα από την έρευνα στην εφαρμογή, με συνεχείς τεχνολογικές ενημερώσεις και γενιές, βελτιώνοντας συνεχώς τις δυνατότητες επικοινωνίας (ρυθμός μετάδοσης και απόσταση επαναλήπτη) και συνεχώς επεκτείνοντας το πεδίο εφαρμογής. Η ανάπτυξη της οπτικής επικοινωνίας μπορεί χονδρικά να χωριστεί στα ακόλουθα πέντε στάδια:
Το πρώτο στάδιο: Αυτή ήταν η περίοδος από τη βασική έρευνα έως την ανάπτυξη εμπορικών εφαρμογών. Ξεκινώντας το 1976, ακολουθώντας στενά βήματα έρευνας και ανάπτυξης, μετά από πολλές δοκιμές πεδίου, το 1978, το σύστημα οπτικών κυμάτων πρώτης γενιάς που λειτουργούσε σε μήκος κύματος 0,8 μm τέθηκε επίσημα σε εμπορική χρήση, πραγματοποιώντας οπτικά συστήματα οπτικών ινών μικρού μήκους κύματος (0,85 μm), χαμηλού ρυθμού (45 Mbit/s ή 34Mbit/s). Προέκυψε οπτική ίνα με απώλεια 2dB/km, με απόσταση μετάδοσης χωρίς επανάληψη περίπου 10km και μέγιστη ικανότητα επικοινωνίας περίπου 500Mbit/(s·km). Σε σύγκριση με τα συστήματα ομοαξονικών καλωδίων, η επικοινωνία οπτικών ινών είχε εκτεταμένες αποστάσεις επαναλήπτη, μειωμένο κόστος επένδυσης και συντήρησης, εκπλήρωση των στόχων επιδίωξης των μηχανικών και εμπορικών λειτουργιών και η επικοινωνία οπτικών ινών έγινε πραγματικότητα.
Το δεύτερο στάδιο: Αυτή ήταν μια πρακτική περίοδος με ερευνητικούς στόχους για τη βελτίωση των ρυθμών μετάδοσης και την αύξηση των αποστάσεων μετάδοσης και την έντονη προώθηση των εφαρμογών. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η οπτική ίνα αναπτύχθηκε από πολύτροπη σε απλή-λειτουργία, τα μήκη κύματος εργασίας αναπτύχθηκαν από μικρά μήκη κύματος (0,85μm) σε μεγάλα μήκη κύματος (1,31μm και 1,55μm), επιτυγχάνοντας επικοινωνία οπτικής ίνας μονής-λειτουργίας με ρυθμό μετάδοσης λειτουργίας 31μm και μήκος κύματος 1μm. 140565 Mbit/s. Η απώλεια οπτικών ινών μειώθηκε περαιτέρω σε επίπεδα 0,5dB/km (1,31μm) και 0,2dB/km (1,55μm), με αποστάσεις μετάδοσης χωρίς επανάληψη 50100km.
Το τρίτο στάδιο: Αυτή ήταν μια περίοδος με στόχους υπέρ-μεγάλης χωρητικότητας και εξαιρετικά-μακράς απόστασης, διεξαγωγής ολοκληρωμένης και διεξοδικής έρευνας για τις νέες τεχνολογίες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, πραγματοποιήθηκε επικοινωνία με οπτική ίνα με διασπορά 1,55μm-μετατοπισμένη μονή-λειτουργία. Αυτό το σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών χρησιμοποιούσε τεχνολογία εξωτερικής διαμόρφωσης, με ρυθμούς μετάδοσης που έφταναν τα 2.510 Gbit/s και με αποστάσεις μετάδοσης χωρίς επανάληψη να αγγίζουν τα 100150 χιλιόμετρα. Τα εργαστήρια θα μπορούσαν να επιτύχουν ακόμη υψηλότερα επίπεδα.
Το τέταρτο στάδιο: Τα συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών χαρακτηρίστηκαν από τη χρήση οπτικών ενισχυτών για την αύξηση των αποστάσεων των αναμεταδοτών και τη χρήση τεχνολογίας πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος για την αύξηση των ρυθμών μετάδοσης bit και των αποστάσεων αναμεταδοτών. Επειδή αυτά τα συστήματα μερικές φορές χρησιμοποιούσαν σχήματα ομοδύναμου ή ετεροδύναμου, ονομάζονταν επίσης συστήματα επικοινωνίας συνεκτικών οπτικών κυμάτων. Σε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών σε αυτό το στάδιο, η απώλεια οπτικών ινών αντισταθμίστηκε από ενισχυτές οπτικών ινών (EDFA) και μετά την αντιστάθμιση, ήταν δυνατή η μετάδοση σε χιλιάδες χιλιόμετρα. Σε ένα πείραμα, χρησιμοποιήθηκε ένας συζεύκτης αστεριών για την επίτευξη πολυπλεξίας δεδομένων 100-καναλιών 622 Gbit/s σε απόσταση μετάδοσης 50 χιλιομέτρων, με αμελητέα ενδοκαναλική συνομιλία. Σε ένα άλλο πείραμα, με ρυθμό μονού καναλιού 2,5 Gbit/s, χωρίς τη χρήση αναγεννητών, η απώλεια οπτικών ινών αντισταθμίστηκε από το EDFA, με απόσταση από τον ενισχυτή 80 km και απόσταση μετάδοσης 2223 km. Η χρήση της τεχνολογίας συνεκτικής ανίχνευσης σε συστήματα οπτικών κυμάτων δεν ήταν απαραίτητη προϋπόθεση για τη χρήση του EDFA. Ορισμένα εργαστήρια είχαν χρησιμοποιήσει βρόχους κυκλοφορίας για να επιτύχουν μετάδοση δεδομένων 2,4 Gbit/s, 2,1×104km και 5Gbit/s, 1,4×104km. Η εμφάνιση των ενισχυτών οπτικών ινών προκάλεσε σημαντικές αλλαγές στον τομέα της επικοινωνίας οπτικών ινών.
Το πέμπτο στάδιο: Τα συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών βασίστηκαν σε μη γραμμική συμπίεση για να αντισταθμίσουν τη διεύρυνση της διασποράς των οπτικών ινών, επιτυγχάνοντας ομοιόμορφη μετάδοση παλμικών σημάτων, τη λεγόμενη- επικοινωνία οπτικού σολιτονίου. Αυτό το στάδιο διήρκεσε περισσότερα από 20 χρόνια και είχε επιτύχει σημαντική πρόοδο. Αν και αυτή η βασική ιδέα προτάθηκε το 1973, μόλις το 1988 τα εργαστήρια Bell χρησιμοποίησαν την αντιστάθμιση της διεγερμένης απώλειας σκέδασης Raman για την απώλεια οπτικών ινών, μεταδίδοντας δεδομένα πάνω από 4×10³km, και το επόμενο έτος επέκτεινε την απόσταση μετάδοσης στα 6×10³km. Το EDFA άρχισε να χρησιμοποιείται για ενίσχυση οπτικού σολιτονίου το 1989. Είχε μεγαλύτερα πλεονεκτήματα στη μηχανική πρακτική και έκτοτε, μερικά διάσημα διεθνή εργαστήρια άρχισαν να επαληθεύουν τις τεράστιες δυνατότητες της επικοινωνίας οπτικού σολιτονίου ως επικοινωνίας μεγάλης{12}}ταχύτητας-απόστασης. Από το 1990 έως το 1992, εργαστήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες και στο Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποίησαν βρόχους κυκλοφορίας για τη μετάδοση δεδομένων 2,5 Gbit/s και 5Gbit/s σε περισσότερο από 1×104 km. Τα ιαπωνικά εργαστήρια μετέδωσαν δεδομένα 10 Gbit/s σε 1×106 km. Το 1995, γαλλικά εργαστήρια μετέδωσαν δεδομένα 20 Gbit/s σε 1×106 km, με απόσταση επαναλήπτη 140 km. Το 1995, τα βρετανικά εργαστήρια μετέφεραν δεδομένα 20 Gbit/s σε 8100 km και δεδομένα 40 Gbit/s σε 5000 km. Πραγματοποιήθηκαν επίσης δοκιμές πεδίου γραμμικών οπτικών συστημάτων σολιτονίου σε δίκτυα μητροπολιτικών περιοχών γύρω από το Τόκιο της Ιαπωνίας, μεταδίδοντας δεδομένα 10Gbit/s και 20Gbit/s σε 2,5×10³km και 1×10³km αντίστοιχα. Το 1994 και το 1995, μεταδόθηκαν επίσης δεδομένα υψηλής ταχύτητας 80Gbit/s και 160Gbit/s σε 500km και 200km αντίστοιχα.
