La història de la comunicació de fibra òptica

Des de l’antiguitat, la demanda de comunicació de llarga distància entre els humans no ha disminuït mai. Amb el pas del temps, de Beacon to Telegraph, i després al servei oficial del primer cable coaxial el 1940, la complexitat i la precisió d’aquests sistemes de comunicació també han millorat contínuament. Tot i això, cadascun d’aquests mètodes de comunicació té els seus límits. Tot i que l’ús de senyals elèctrics per transmetre informació és ràpid, la distància de transmissió requerirà un gran nombre de repetidors a causa de la fàcil atenuació dels senyals elèctrics; Tot i que la comunicació de microones pot utilitzar l’aire com a mitjà, també està limitada per la freqüència del transportista. No va ser fins al mig {{2} del segle que la gent es va adonar que l'ús de llum per transmetre informació podria aportar molts beneficis significatius que no estaven presents en el passat.

Tanmateix, en aquell moment, no hi havia fonts de llum altament coherents ni suports adequats per a la transmissió de senyals òptiques, de manera que la comunicació òptica sempre ha estat un concepte. No va ser fins als anys seixanta que la invenció del làser va resoldre el primer problema. A la dècada de 1970, les obres de Corning Glass van desenvolupar fibres òptiques d’alta qualitat i baixa atenuació per resoldre el segon problema. En aquest moment, l’atenuació de senyals transmeses en fibres òptiques va ser per primera vegada inferior al llindar de 20 decibel per quilòmetre (20dB\/km) proposat pel pare de la comunicació de fibra òptica, Gao Kun, demostrant la possibilitat de fibres òptiques com a medis de comunicació. Al mateix temps, també es van inventar i utilitzar làsers de semiconductors que utilitzen arsenide de gali (GAAS) com a material i es van utilitzar àmpliament en sistemes de comunicació de fibra òptica a causa del seu avantatge de mida petita. El 1976, el primer sistema de comunicació de fibra òptica amb una velocitat de 44,7 Mbit\/s va néixer en un gasoducte subterrani a Atlanta, EUA.

Després d’un període de recerca i desenvolupament de cinc anys, el primer sistema de comunicació de fibra òptica comercial es va llançar el 1980. Aquest és el primer sistema de comunicació de fibra òptica de la història humana que utilitza làser d’arsenida de gali amb una longitud d’ona de 800 nanòmetres com a font de llum, amb una taxa de transmissió de 45 mb\/s (bits per segon) i requereix un repetiment per millorar el senyal cada 10 quilòmetres.

La segona generació de sistemes de comunicació de fibra òptica comercial també es va desenvolupar a principis dels anys vuitanta, utilitzant làsers Ingaas amb una longitud d’ona de 1300 nanòmetres. Tot i que els sistemes de comunicació de fibra òptica precoç es van veure afectats per problemes de dispersió, la invenció de fibra d’un sol mode el 1981 va superar aquest problema. Al 1987, la taxa de transmissió d’un sistema de comunicació de fibra òptica comercial havia arribat a 1,7 GB\/s, gairebé quaranta vegades més ràpid que la velocitat del primer sistema de comunicació de fibra òptica. El problema de la potència de transmissió simultània i l’atenuació del senyal també s’ha millorat significativament, requerint que un repetidor millori el senyal a intervals de 50 quilòmetres. A finals de la dècada de 1980, el naixement d'EDFA va ser un esdeveniment fita en la història de la comunicació òptica. Va permetre un relé òptic directe en la comunicació de fibra òptica, fent possible la transmissió d’alta velocitat a llarg recorregut i portant al naixement de DWDM.

El sistema de comunicació de fibra òptica de tercera generació utilitza làsers amb una longitud d’ona de nanòmetres de 155 0 com a font de llum i l’atenuació del senyal s’ha reduït fins a tan baix com 0. 2 decibels per quilòmetre (0,2db\/km). Anteriorment, els sistemes de comunicació de fibra òptica que utilitzaven làsers de fosfur d’arsenida de gali sovint es trobaven amb problemes de propagació de pols, però els científics han dissenyat una excel·lent dispersió fibres canviades per resoldre aquests problemes. Aquestes fibres tenen gairebé zero dispersió quan es transmeten ones de llum de 1550 nanòmetres, ja que poden limitar l’espectre làser a un sol mode longitudinal. Aquests avenços tecnològics han permès que la taxa de transmissió del sistema de comunicació de fibra òptica de tercera generació arribi a 2,5 GB\/s, i la distància entre els repetidors pot arribar fins a 100 quilòmetres.

El sistema de comunicació de fibra òptica de quarta generació introdueix amplificadors òptics per reduir encara més la necessitat de repetidors. A més, la tecnologia de multiplexació de divisió de longitud d’ona (WDM) augmenta significativament les taxes de transmissió. El desenvolupament d’aquestes dues tecnologies ha provocat un salt significatiu en la capacitat dels sistemes de comunicació de fibra òptica, duplicant -se cada sis mesos. Al 2001, havia assolit una velocitat sorprenent de 10 TB\/s, que és 200 vegades la dels sistemes de comunicació de fibra òptica a la dècada de 1980. En els darrers anys, la taxa de transmissió ha augmentat encara més fins a 14 TB\/s, requerint només un repetidor cada 160 quilòmetres.

L’objectiu del desenvolupament del sistema de comunicació de fibra òptica de cinquena generació és ampliar el rang de funcionament de la longitud d’ona del multiplexor de divisió de longitud d’ona. El rang tradicional de longitud d'ona, conegut comunament com a "Band C", es troba aproximadament entre 1530 nanòmetres i 1570 nanòmetres, mentre que la banda de baixa pèrdua de fibra seca de la nova banda s'estén entre 1300 nanòmetres i 1650 nanòmetres. Una altra tecnologia en desenvolupament és la introducció del concepte de solitons òptics, que utilitzen els efectes no lineals de les fibres òptiques per permetre als polsos resistir la dispersió i mantenir la seva forma d’ona original.

Del 1990 al 2000, la indústria de la comunicació de fibra òptica va créixer significativament a causa de l'impacte de l'escuma d'Internet. A més, algunes aplicacions de xarxa emergents, com el vídeo sota demanda, fan que el creixement de l'amplada de banda d'Internet superi la taxa d'augment dels transistors en xips de circuit integrats previstos per la llei de Moore. Des de la ràfega de l'escuma d'Internet fins al 2006, la indústria de la comunicació de fibra òptica ha continuat la seva vida a través de la consolidació de les empreses i la reducció dels costos a través de la subcontractació.