1966 年 - 至今 | 全反射·光传输·信息高速公路 | 连接世界的无形纽带
| 特性 | 铜缆通信 | 光纤通信 | 优势倍数 |
|---|---|---|---|
| 传输带宽 | ~100 MHz·km | ~100 THz·km | 100 万倍 |
| 传输损耗 | ~20 dB/km | ~0.2 dB/km | 100 倍 |
| 传输距离 | ~100 米 | ~100 公里 | 1000 倍 |
| 抗电磁干扰 | 差 | 完全免疫 | ∞ |
| 重量 | 重 | 轻（1/10） | 10 倍 |
| 保密性 | 易窃听 | 难窃听 | 高 |
纤芯：传输光的中心部分（直径 8-10 微米）
包层：包裹纤芯，折射率较低
涂覆层：保护光纤免受损伤
条件：光从高折射率介质射向低折射率介质
临界角：入射角大于临界角时发生全反射
结果：光在光纤内不断反射前进
发送端：电信号→光信号（激光器）
传输：光在光纤中传输
接收端：光信号→电信号（光电探测器）
作用：放大衰减的光信号
类型：掺铒光纤放大器 (EDFA)
意义：实现长距离无中继传输
| 类型 | 纤芯直径 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|---|
| 单模光纤 | 8-10 微米 | 只传输一种模式，色散小 | 长距离通信、骨干网 |
| 多模光纤 | 50-62.5 微米 | 传输多种模式，成本低 | 短距离通信、局域网 |
| 塑料光纤 | ~1 毫米 | 柔韧性好，损耗大 | 家庭网络、汽车 |
| 光子晶体光纤 | 可变 | 特殊结构，性能优异 | 科研、特殊应用 |
光源（激光器/LED）、调制器、驱动电路，将电信号转换为光信号
光纤、光缆、连接器、 splice，负责光信号的长距离传输
光放大器 (EDFA)、中继器，补偿信号衰减，延长传输距离
光电探测器、解调器、放大电路，将光信号还原为电信号
丹尼尔·科拉顿和约翰·廷德尔发现光的全反射现象，为光纤通信奠定物理基础，但当时未想到通信应用
亚伯拉罕·范·希尔发明光纤束用于医学内窥镜，是光纤的早期应用，但损耗极高无法用于通信
高锟在 STC 实验室发表论文《光频率介质纤维表面波导》，首次提出低损耗光纤可实现长距离通信，预言损耗可降至 20dB/km 以下
康宁公司的毛瑞尔、麦克切斯尼、舒尔茨制造出损耗 17dB/km 的石英光纤，首次实现高锟的预言，标志光纤通信成为可能
贝尔实验室实现室温连续工作的半导体激光器，为光纤通信提供理想光源，两大关键技术同时突破
美国芝加哥安装首个商用光纤通信系统，速率 45Mbps，距离 9 公里，光纤通信开始商业化
单模光纤、1550nm 窗口、半导体激光器等技术成熟，光纤通信在全球大规模部署
大卫·佩恩发明 EDFA，实现光信号直接放大，无需光电转换，彻底改变长距离通信，推动互联网发展
TAT-8 跨大西洋光纤电缆投入使用，连接美英法，容量 40000 路电话，开启全球光纤互联时代
WDM 技术成熟，单根光纤可同时传输多个波长，容量呈指数增长，支撑互联网爆炸式发展
光纤从骨干网延伸到用户端，日本、韩国、中国等大规模部署 FTTH，宽带进入千兆时代
高锟因"在光通信领域光在纤维中传输的开创性成就"获诺贝尔物理学奖，光纤通信贡献获最高认可
100G、400G、800G 系统商用，空分复用、相干通信等新技术不断突破，单纤容量突破 100Tbps
应用：全球互联网基础设施
规模：130 万公里海底光缆
容量：承载 95% 国际数据
应用：4G/5G 基站互联
作用：移动网络回传
趋势：5G 前传/中传/回传
应用：家庭宽带接入
速度：100Mbps-10Gbps
普及：全球数亿用户
应用：数据中心互联
需求：高速、低延迟
技术：400G/800G 光模块
| 领域 | 应用 | 说明 |
|---|---|---|
| 医疗 | 内窥镜、激光手术 | 光纤传像、传光，微创手术 |
| 工业 | 光纤传感、激光加工 | 温度、压力、应变监测 |
| 国防 | 光纤陀螺、水听器 | 导航、潜艇探测 |
| 科研 | 高能物理、天文观测 | 粒子探测器、望远镜 |
| 能源 | 智能电网监测 | 电力线温度、负荷监测 |
| 交通 | 高铁、航空通信 | 列车控制、机载网络 |
| 方向 | 内容 | 应用前景 |
|---|---|---|
| 空分复用 | 多芯光纤、少模光纤 | 突破单纤容量极限 |
| 相干通信 | 高阶调制、数字信号处理 | 超长距离、超大容量 |
| 光子集成 | 硅光子、光电集成 | 小型化、低成本 |
| 量子通信 | 量子密钥分发、量子网络 | 无条件安全通信 |
| 智能光网络 | AI 优化、自动运维 | 网络智能化、自动化 |