ประวัติความเป็นมาของการสื่อสารใยแก้วนำแสง

ตั้งแต่สมัยโบราณความต้องการการสื่อสารทางไกลในหมู่มนุษย์ไม่เคยลดน้อยลง เมื่อเวลาผ่านไปจาก Beacon ถึง Telegraph จากนั้นไปยังบริการอย่างเป็นทางการของสายเคเบิลโคแอกเซียลแรกในปี 1940 ความซับซ้อนและความแม่นยำของระบบการสื่อสารเหล่านี้ก็ปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตามวิธีการสื่อสารเหล่านี้แต่ละวิธีมีข้อ จำกัด แม้ว่าการใช้สัญญาณไฟฟ้าเพื่อส่งข้อมูลนั้นรวดเร็ว แต่ระยะการส่งสัญญาณจะต้องใช้ตัวทำซ้ำจำนวนมากเนื่องจากการลดทอนสัญญาณไฟฟ้าอย่างง่ายดาย แม้ว่าการสื่อสารด้วยไมโครเวฟสามารถใช้อากาศเป็นสื่อได้ แต่ก็ถูก จำกัด ด้วยความถี่ของผู้ให้บริการ มันไม่ได้จนกว่าจะถึงช่วงกลาง -20 ศตวรรษที่ผู้คนตระหนักว่าการใช้แสงเพื่อส่งข้อมูลอาจนำมาซึ่งประโยชน์มากมายที่ไม่เคยมีมาก่อนในอดีต

อย่างไรก็ตามในเวลานั้นไม่มีแหล่งกำเนิดแสงที่เชื่อมโยงกันสูงหรือสื่อที่เหมาะสมสำหรับการส่งสัญญาณแสงดังนั้นการสื่อสารด้วยแสงจึงเป็นแนวคิดเสมอ มันไม่ได้จนกว่าจะถึงปี 1960 ที่การประดิษฐ์เลเซอร์แก้ไขปัญหาแรก ในปี 1970 Corning Glass Works ได้พัฒนาเส้นใยออพติคอลที่มีคุณภาพสูงและมีคุณภาพต่ำเพื่อแก้ปัญหาที่สอง ในเวลานี้การลดทอนของสัญญาณที่ส่งในเส้นใยออพติคอลเป็นครั้งแรกที่ต่ำกว่า 20 เดซิเบลต่อกิโลเมตร (20dB\/km) เกณฑ์ที่เสนอโดยพ่อของการสื่อสารเส้นใยออพติคอล, Gao Kun ซึ่งพิสูจน์ความเป็นไปได้ของเส้นใยออพติคอลเป็นสื่อการสื่อสาร ในเวลาเดียวกันเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ Gallium Arsenide (GAAS) เป็นวัสดุถูกคิดค้นและใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบการสื่อสารไฟเบอร์ออปติกเนื่องจากความได้เปรียบขนาดเล็ก ในปี 1976 ระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงแรกที่มีความเร็ว 44.7 Mbit\/s เกิดในท่อใต้ดินในแอตแลนต้าสหรัฐอเมริกา

หลังจากระยะเวลาการวิจัยและพัฒนาห้าปีระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์แรกได้เปิดตัวในปี 1980 นี่เป็นระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ที่ใช้เลเซอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ที่มีความยาวคลื่น 800 นาโนเมตรเป็นแหล่งกำเนิดแสง

ระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์รุ่นที่สองได้รับการพัฒนาในช่วงต้นทศวรรษ 1980 โดยใช้เลเซอร์ Ingaas ที่มีความยาวคลื่น 1300 นาโนเมตร แม้ว่าระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงระยะแรกได้รับผลกระทบจากปัญหาการกระจายตัว แต่การประดิษฐ์ไฟเบอร์โหมดเดี่ยวในปี 1981 เอาชนะปัญหานี้ได้ ในปี 1987 อัตราการส่งผ่านของระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์ได้ถึง 1.7 GB\/s ซึ่งเร็วกว่าความเร็วของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงเกือบสี่สิบเท่า ปัญหาของกำลังการส่งสัญญาณพร้อมกันและการลดทอนสัญญาณได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญซึ่งต้องใช้ repeater เพื่อเพิ่มสัญญาณในช่วงเวลา 50 กิโลเมตร ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 การกำเนิดของ EDFA เป็นเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์ของการสื่อสารด้วยแสง มันเปิดใช้งานการถ่ายทอดออพติคอลโดยตรงในการสื่อสารไฟเบอร์ออปติกทำให้การส่งผ่านความเร็วสูงทางไกลเป็นไปได้และนำไปสู่การเกิดของ DWDM

ระบบการสื่อสารไฟเบอร์ออปติกรุ่นที่สามใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 155 0 นาโนเมตรเป็นแหล่งกำเนิดแสงและการลดทอนสัญญาณลดลงเหลือต่ำถึง 0. 2 เดซิเบลต่อกิโลเมตร (0.2db\/km) ก่อนหน้านี้ระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงโดยใช้เลเซอร์แกลเลียมอาร์เซเนด์อินเดียมฟอสเฟตมักจะพบปัญหาการแพร่กระจายของชีพจร แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบการกระจายตัวที่ยอดเยี่ยมเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ เส้นใยเหล่านี้มีการกระจายตัวเกือบเป็นศูนย์เมื่อส่งคลื่นแสง 1,550 นาโนเมตรเนื่องจากสามารถ จำกัด สเปกตรัมเลเซอร์ให้อยู่ในโหมดยาวเดี่ยว ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเหล่านี้เปิดใช้งานอัตราการส่งผ่านของระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงรุ่นที่สามให้สูงถึง 2.5GB\/s และระยะห่างระหว่างผู้ทำซ้ำสามารถเข้าถึงได้ถึง 100 กิโลเมตร

ระบบสื่อสารไฟเบอร์ออปติกรุ่นที่สี่แนะนำแอมป์ออปติคัลเพื่อลดความจำเป็นในการทำซ้ำ นอกจากนี้เทคโนโลยีการแบ่งความยาวคลื่นมัลติเพล็กซ์ (WDM) เพิ่มอัตราการส่งสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ การพัฒนาเทคโนโลยีทั้งสองนี้ได้นำไปสู่การก้าวกระโดดที่สำคัญในความสามารถของระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ หกเดือน ภายในปี 2544 มีความเร็วที่น่าอัศจรรย์ 10TB\/s ซึ่งเป็น 200 เท่าของระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงในปี 1980 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาอัตราการส่งเพิ่มเพิ่มขึ้นเป็น 14TB\/s ซึ่งต้องการเพียงหนึ่ง repeater ทุก ๆ 160 กิโลเมตร

จุดเน้นของการพัฒนาระบบการสื่อสารไฟเบอร์ออปติกรุ่นที่ห้าคือการขยายช่วงการทำงานของความยาวคลื่นของมัลติเพล็กเซอร์ความยาวคลื่น ช่วงความยาวคลื่นแบบดั้งเดิมหรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า 'C Band' อยู่ระหว่าง 1,530 นาโนเมตรและ 1570 นาโนเมตรในขณะที่แถบการสูญเสียต่ำของเส้นใยแห้งในแถบใหม่ขยายไปถึง 1,300 นาโนเมตรและ 1,650 นาโนเมตร เทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาอีกประการหนึ่งคือการนำแนวคิดของโซลิตันออปติคัลซึ่งใช้ผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นของเส้นใยออพติคอลเพื่อให้พัลส์สามารถต้านทานการกระจายตัวและรักษารูปคลื่นดั้งเดิมของพวกเขา

จากปี 1990 ถึง 2000 อุตสาหกรรมการสื่อสารใยแก้วนำแสงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากผลกระทบของโฟมอินเทอร์เน็ต นอกจากนี้แอพพลิเคชั่นเครือข่ายที่เกิดขึ้นใหม่เช่นวิดีโอตามความต้องการทำให้การเติบโตของแบนด์วิดธ์อินเทอร์เน็ตเกินกว่าอัตราการเพิ่มขึ้นของทรานซิสเตอร์ในชิปวงจรรวมที่คาดหวังตามกฎหมายของมัวร์ จากการระเบิดของโฟมอินเทอร์เน็ตไปจนถึงปี 2549 อุตสาหกรรมการสื่อสารเส้นใยออพติคอลได้ดำเนินชีวิตอย่างต่อเนื่องผ่านการรวมกิจการขององค์กรและการลดค่าใช้จ่ายผ่านการเอาท์ซอร์ส