L'ús de la llum per a la comunicació no és un concepte totalment nou. A l'antiga Xina, l'ús de torres de balises per als avisos és el millor exemple de comunicació visual visual. Els europeus que utilitzen el semàfor per transmetre informació també es poden considerar formes primitives de comunicació òptica.
El prototip de comunicació òptica moderna es remunta a la invenció de Bell del fotòfon el 1880. Va utilitzar la llum solar com a font de llum, enfocant el feix de llum a través d'una lent en un mirall vibrant davant del transmissor, fent que la intensitat de la llum variés amb els canvis de veu, aconseguint així la modulació de la intensitat de la llum. A l'extrem receptor, un reflector parabòlic reflectia el feix de llum transmès a través de l'atmosfera a una bateria, amb cristalls de seleni que servien com a dispositiu de detecció òptic de recepció, convertint el senyal òptic en corrent elèctric. D'aquesta manera, els senyals de veu es van transmetre amb èxit a través de l'espai atmosfèric. A causa de la manca de fonts de llum i mitjans de transmissió ideals en aquell moment, aquest fotòfon tenia una distància de transmissió molt curta i cap valor d'aplicació pràctic, la qual cosa va provocar un desenvolupament lent. Tanmateix, el fotòfon encara era un gran invent, ja que demostrava la viabilitat d'utilitzar ones de llum com a portadores per transmetre informació. Per tant, el fotòfon de Bell es pot considerar el prototip de la comunicació òptica moderna.
La invenció de les làmpades va permetre que les persones construïssin sistemes de comunicació òptica senzills, utilitzant-los com a fonts de llum, com la comunicació entre vaixells i entre vaixells i terra, intermitents d'automòbils, semàfors de trànsit, etc. De fet, qualsevol tipus de llum indicadora és un sistema bàsic de comunicació òptica. En molts casos, els díodes emissors de llum fluorescent-ampli espectre-es poden utilitzar com a fonts de llum. El 1960, l'americà Maiman va inventar el primer làser robí, que en certa manera va resoldre el problema de la font de llum i va aportar noves esperances a la comunicació òptica. En comparació amb la llum ordinària, els làsers tenen característiques excel·lents, com ara una amplada espectral estreta, una direccionalitat extremadament bona, una brillantor extremadament alta i una freqüència i una fase relativament consistents. Els làsers són una llum altament coherent, amb característiques similars a les ones de ràdio, el que els converteix en portadors òptics ideals. Després del làser robí, els làsers d'heli-neó (He-Ne) i els làsers de diòxid de carboni (CO₂) van aparèixer successivament i es van posar en pràctica. La invenció i l'aplicació dels làsers van portar la comunicació òptica, que havia estat latent durant 80 anys, a una nova etapa.
La invenció dels làsers d'estat sòlid-va augmentar molt la potència òptica transmesa i va ampliar la distància de transmissió, permetent que la comunicació làser atmosfèrica s'utilitzi a través de les riberes dels rius, entre illes i en determinades situacions específiques. Tanmateix, l'estabilitat i la fiabilitat de la comunicació làser atmosfèrica encara romanien sense resoldre. L'ús d'ones de llum que transporten informació per aconseguir una comunicació punt-{-a través de la propagació atmosfèrica és factible, però la capacitat i la qualitat de la comunicació es veuen greument afectades pel clima. A causa de l'absorció i la dispersió per la pluja, la boira, la neu i la pols atmosfèrica, l'atenuació de l'energia de les ones de llum és significativa; a més, la falta d'-uniformitat en la densitat atmosfèrica i la temperatura provoca canvis en l'índex de refracció, donant lloc a canvis de posició del feix. Per tant, la distància i l'estabilitat de la comunicació làser atmosfèrica són molt limitades, i no poden aconseguir una comunicació "tot{-el temps".
El 1970 va ser un any brillant en la història de la comunicació de fibra òptica. Corning Company als Estats Units va desenvolupar amb èxit la fibra òptica de quars amb una pèrdua de 20 dB/km, la qual cosa permet que la comunicació de fibra òptica competeixi amb la comunicació per cable coaxial, revelant així les brillants perspectives de la comunicació de fibra òptica i impulsant els països de tot el món a invertir successivament materials i recursos materials substancials, impulsant la investigació i desenvolupament de la comunicació de fibra òptica a una nova etapa. El 1972, Corning Company va desenvolupar fibra òptica multimode de quars d'alta -puresa, reduint la pèrdua a 4dB/km. L'any 1973, els laboratoris Bell als Estats Units van aconseguir resultats encara més grans, reduint la pèrdua de fibra òptica a 2,5 dB/km, i reduint-la encara més a 1,1 dB/km el 1974. El 1976, empreses japoneses com Nippon Telegraph and Telephone (NTT) van reduir la pèrdua de fibra òptica a 0,47 m/m2/km d'ona.
L'any 1970 també es va fer un avenç substancial en les fonts de llum per a la comunicació de fibra òptica. Aquell any, els laboratoris Bell als Estats Units, la Nippon Electric Company (NEC) al Japó i l'antiga Unió Soviètica van superar successivament les limitacions dels làsers de semiconductors que treballaven a baixes temperatures (-200 graus) o en condicions d'excitació polsada, desenvolupant amb èxit arsenur d'alumini de gal·li (GaAlAs) làsers semiconductors de doble heteroestructura que podien trobar làsers d'ona oscil·lant de manera continuada a temperatura ambient. desenvolupament de làsers semiconductors. El 1973, la vida útil dels làsers semiconductors va arribar a 7 × 10³ h. L'any 1977, els làsers semiconductors desenvolupats per Bell Laboratories van assolir una vida útil de 100.000 h (aproximadament 11,4 anys), amb una vida útil extrapolada d'1 milió d'h, complint totalment els requisits pràctics. El 1976, Nippon Telegraph and Telephone Company va desenvolupar amb èxit làsers de fosfur d'arsenur d'indi gal·li (InGaAsP) que emetien a una longitud d'ona d'1,3 μm. El 1979, AT&T Company als Estats Units i Nippon Telegraph and Telephone Company al Japó van desenvolupar amb èxit làsers de semiconductors oscil·lants contínuament que emeten a una longitud d'ona d'1,55 μm.
El 1976, els Estats Units van dur a terme proves de camp del primer sistema pràctic de comunicació de fibra òptica del món a Atlanta. El sistema utilitza làsers GaAlAs com a fonts de llum i fibra òptica multimode com a mitjà de transmissió, amb una velocitat de 44,7 Mbit/s i una distància de transmissió d'aproximadament 10 km. El 1980, es va posar en ús comercial el sistema de comunicació de fibra òptica FT-3 estandarditzat als Estats Units. El sistema utilitza fibra òptica multimode d'índex-graduat amb una velocitat de 44,7 Mbit/s. Posteriorment, els Estats Units van establir ràpidament les línies troncals est-oest i les línies troncals nord-sud, travessant 22 estats, amb una longitud total de cable òptic de 5 × 10⁴ km. El 1976 i el 1978, el Japó va dur a terme successivament proves de sistemes de comunicació de fibra òptica multimode d'índex de pas-a una velocitat de 34 Mbit/s i una distància de transmissió de 64 km, així com de sistemes de comunicació de fibra òptica multimode d'índex-graduat amb una velocitat de 100 Mbit/s. El 1983, el Japó va establir una línia troncal de cable òptic de llarga distància que va de nord a sud a través del país, amb una longitud total de 3400 km, una velocitat de transmissió inicial de 400 Mbit/s, que després es va ampliar a 1,6 Gbit/s. Posteriorment, el 1988 es va completar el sistema de comunicació per cable òptic submarí TAT-8 a través de l'oceà Atlàntic, iniciat pels Estats Units, el Japó, el Regne Unit i França, amb una longitud total de 6,4 × 10³ km; el primer sistema de comunicació de cable òptic submarí TPC-3/HAW-4 a través de l'oceà Pacífic es va completar el 1989, amb una longitud total d'1,32×10⁵km. Des d'aleshores, la construcció de sistemes de comunicació per cable òptic submarí s'ha desenvolupat completament, promovent el desenvolupament de xarxes de comunicació globals.
Des que Kao va proposar el concepte de fibra òptica com a mitjà de transmissió l'any 1966, la comunicació de fibra òptica s'ha desenvolupat molt ràpidament des de la investigació fins a l'aplicació, amb actualitzacions i generacions tecnològiques contínues, millorant contínuament les capacitats de comunicació (taxa de transmissió i distància del repetidor) i ampliant contínuament l'àmbit d'aplicació. El desenvolupament de la comunicació òptica es pot dividir aproximadament en les cinc etapes següents:
La primera etapa: va ser el període des de la investigació bàsica fins al desenvolupament d'aplicacions comercials. A partir de 1976, seguint de prop els passos d'investigació i desenvolupament, després de moltes proves de camp, el 1978, el sistema d'ona òptica de primera generació que funcionava a 0,8 μm de longitud d'ona es va posar oficialment en ús comercial, realitzant sistemes de comunicació multimodal de fibra òptica de longitud d'ona curta (0,85 μm), baixa velocitat (45 Mbit/s o 34 Mbit/s). Va sorgir la fibra òptica amb una pèrdua de 2 dB/km, amb una distància de transmissió no-no repetidora d'aproximadament 10 km i una capacitat de comunicació màxima d'aproximadament 500 Mbit/(s·km). En comparació amb els sistemes de cable coaxial, la comunicació de fibra òptica havia ampliat les distàncies de repetidor, reduït els costos d'inversió i manteniment, complint els objectius de recerca d'operacions d'enginyeria i comercials, i la comunicació de fibra òptica es va convertir en una realitat.
La segona etapa: va ser un període pràctic amb objectius de recerca de millorar les taxes de transmissió i augmentar les distàncies de transmissió, i promoure enèrgicament les aplicacions. Durant aquest període, la fibra òptica va passar del mode multimode al mode únic, les longituds d'ona de treball es van desenvolupar des de longituds d'ona curtes (0,85 μm) fins a longituds d'ona llargues (1,31 μm i 1,55 μm), aconseguint una comunicació de fibra òptica en mode únic amb una longitud d'ona de treball de 1,4 Mbit/s de velocitat de transmissió d'1,451 μm. La pèrdua de fibra òptica es va reduir encara més a nivells de 0,5 dB/km (1,31 μm) i 0,2 dB/km (1,55 μm), amb distàncies de transmissió no-repetidores de 50.100 km.
La tercera etapa: va ser un període amb objectius d'ultra-gran capacitat i ultra-llarga distància, fent recerca exhaustiva i exhaustiva sobre noves tecnologies. Durant aquest període, es va realitzar una comunicació de fibra òptica en mode únic-de dispersió d'1,55 μm. Aquest sistema de comunicacions de fibra òptica utilitzava tecnologia de modulació externa, amb velocitats de transmissió que arribaven als 2,510 Gbit/s i distàncies de transmissió no-repetidores que arribaven als 100150 km. Els laboratoris podrien assolir nivells encara més alts.
La quarta etapa: els sistemes de comunicació de fibra òptica es van caracteritzar per l'ús d'amplificadors òptics per augmentar les distàncies dels repetidors i l'ús de la tecnologia de multiplexació per divisió de longitud d'ona per augmentar les taxes de bits i les distàncies dels repetidors. Com que aquests sistemes de vegades utilitzaven esquemes homodins o heterodins, també es van anomenar sistemes de comunicació d'ones òptiques coherents. En els sistemes de comunicació de fibra òptica en aquesta etapa, la pèrdua de fibra òptica es va compensar amb amplificadors de fibra òptica (EDFA) i després de la compensació, va ser possible la transmissió de milers de quilòmetres. En un experiment, es va utilitzar un acoblador estrella per aconseguir una multiplexació de dades de 100-canals a 622 Gbit/s en una distància de transmissió de 50 km, amb una diafonia entre canals insignificant; en un altre experiment, amb una velocitat d'un sol canal de 2,5 Gbit/s, sense utilitzar regeneradors, la pèrdua de fibra òptica va ser compensada per EDFA, amb un espai d'amplificador de 80 km i una distància de transmissió de 2223 km. L'ús de tecnologia de detecció coherent en sistemes d'ones òptiques no era un requisit previ per utilitzar EDFA. Alguns laboratoris havien utilitzat bucles circulants per aconseguir una transmissió de dades de 2,4 Gbit/s, 2,1×10⁴km i 5Gbit/s, 1,4×10⁴km. L'arribada dels amplificadors de fibra òptica va provocar grans canvis en el camp de la comunicació de fibra òptica.
La cinquena etapa: els sistemes de comunicació de fibra òptica es basaven en la compressió no lineal per compensar l'ampliació de la dispersió de la fibra òptica, aconseguint una transmissió conforme de senyals d'impuls, l'anomenada comunicació soliton òptica. Aquesta etapa va durar més de 20 anys i havia aconseguit un gran progrés. Tot i que aquesta idea bàsica es va proposar l'any 1973, no va ser fins al 1988 que els Laboratoris Bell van utilitzar una compensació estimulada de la pèrdua de dispersió Raman per la pèrdua de fibra òptica, transmetent dades de més de 4 × 10³ km, i l'any següent va ampliar la distància de transmissió a 6 × 10³ km. L'EDFA es va començar a utilitzar per a l'amplificació de solitons òptics l'any 1989. Va tenir més avantatges en la pràctica de l'enginyeria i, des d'aleshores, alguns laboratoris internacionals famosos van començar a verificar l'enorme potencial de la comunicació de solitons òptics com a comunicació a gran-velocitat-a llarga distància. Del 1990 al 1992, els laboratoris dels Estats Units i el Regne Unit van utilitzar bucles circulants per transmetre dades de 2,5 Gbit/s i 5 Gbit/s en més d'1×10⁴km; Els laboratoris japonesos van transmetre dades de 10 Gbit/s en 1×10⁶km. El 1995, els laboratoris francesos van transmetre dades de 20 Gbit/s en 1×10⁶km, amb una distància de repetidor de 140 km. El 1995, els laboratoris britànics van transmetre dades de 20 Gbit/s a 8100 km i dades de 40 Gbit/s a 5000 km. També es van realitzar proves de camp de sistemes de solitons òptics lineals a xarxes d'àrea metropolitana al voltant de Tòquio, Japó, transmetent dades de 10 Gbit/s i 20 Gbit/s en 2,5 × 10³ km i 1 × 10³ km respectivament. El 1994 i el 1995, també es van transmetre dades d'alta-velocitat de 80 Gbit/s i 160 Gbit/s a 500 km i 200 km respectivament.
