顛末數(shù)十年來(lái)指數(shù)式的增長(zhǎng)，光纖通信的速度大概碰著了瓶頸。

自二十世紀(jì)80年月以來(lái)，光纖中每秒可以傳送的信息字節(jié)數(shù)已經(jīng)增加了約莫 1000萬(wàn)倍。縱然是在上個(gè)世紀(jì)末期電子技能飛速成長(zhǎng)的前提下，這樣的成長(zhǎng)速度也是驚人的，甚至高出了。同時(shí)期集成電路芯片上的晶體管數(shù)量的增長(zhǎng)速度。對(duì) 于后者，有摩爾定律預(yù)測(cè)其增長(zhǎng)趨勢(shì)，光纖通信也需要這樣的定律，就讓我們把它稱為凱克定律吧，以眷念唐納德·凱克。他是低損耗光纖的配合發(fā)現(xiàn)者之一，而且 敦促了光纖通信容量的逐漸增長(zhǎng)。也許，給這樣的增長(zhǎng)趨勢(shì)和紀(jì)律取一個(gè)有趣的名字，有助于為這一盡量不廣為人知，卻無(wú)比重要的家產(chǎn)成績(jī)吸引更多的眼光。

摩爾定律吸引著所有的眼球，可是只有將它所代表的高速電子器件的成長(zhǎng)，和光纖通信的成長(zhǎng)團(tuán)結(jié)在一起，才有了此刻不行思議的“網(wǎng)絡(luò)古跡”。電子與電子之間的相 互浸染較強(qiáng)，這一特性對(duì)付數(shù)字和存儲(chǔ)器中的高速開關(guān)電子器件來(lái)說(shuō)是優(yōu)勢(shì)，而對(duì)付長(zhǎng)間隔信號(hào)傳輸，彼此浸染較弱的光子反而更具優(yōu)勢(shì)，它們團(tuán)結(jié)起來(lái)，，才實(shí)現(xiàn)了 技能革命，才塑造了我們身處的這個(gè)時(shí)代。

此刻，半導(dǎo)體財(cái)富面對(duì)著維持摩爾定律的龐大挑戰(zhàn)，光纖光學(xué)在艱巨地試圖維持高速成長(zhǎng)的趨勢(shì)。已往幾 十年來(lái)，一系列技能進(jìn)步使得通信行業(yè)的從業(yè)者可以不絕地提高光纖通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率，可是，險(xiǎn)些所有容易改造的處所都已經(jīng)到了極限，為了繼承維持成長(zhǎng) 的態(tài)勢(shì)，他們必需做出真正偉大的創(chuàng)新。

「圖注」光纖數(shù)據(jù)容量在已往的數(shù)十年內(nèi)始終呈指數(shù)式增長(zhǎng)，圖是按照唐納德。凱克收集的數(shù)據(jù)繪制的，從中可以追蹤到凡是呈現(xiàn)于貿(mào)易應(yīng)用之的打破性“偉大嘗試”，從圖上可以看到在波分復(fù)用技能應(yīng)用之前和之后（亮藍(lán)色區(qū)域）通信容量的增長(zhǎng)。

此刻利用的光纖內(nèi)芯是直徑9微米的玻璃細(xì)絲，它對(duì)波長(zhǎng)1.55微米的紅外光險(xiǎn)些是完全透明的。在光纖內(nèi)芯外面，包裹著高出50微米厚的玻璃覆層，對(duì)比玻璃內(nèi)芯質(zhì)料，它們的折射率較低。因此，在個(gè)中流傳的激光信號(hào)就被限制在內(nèi)芯之中，而且通過(guò)內(nèi)反射沿著光纖曲折著向前流傳。

這些激光脈沖信號(hào)以每秒20萬(wàn)千米的速度在光纖中飛快地流傳——由于介質(zhì)的存在，這里的光速只是真空光速的三分之二。除了原子核占據(jù)的少少空間，光纖內(nèi)芯材 料內(nèi)部險(xiǎn)些是一片空曠，可是總照舊會(huì)有光子撞上個(gè)中某個(gè)原子核，即產(chǎn)生散射。光信號(hào)流傳的間隔越長(zhǎng)，被散射的光子就越多，它們逃逸到外面的覆層和掩護(hù)層， 導(dǎo)致信號(hào)衰減。一般顛末50千米的流傳，90%的光信號(hào)就在衰減中丟失了，大部門是由于散射效應(yīng)。

因此，我們需要在必然的間隔隔斷中插手中 繼站來(lái)加強(qiáng)光信號(hào)，可是這樣的方案有它自身的范圍性。當(dāng)一個(gè)光信號(hào)通過(guò)中繼站放大之后再次傳入光纖時(shí)，光與光纖內(nèi)芯之間的彼此浸染會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變，而這樣 的畸變跟著間隔的增加會(huì)越來(lái)越顯著，打個(gè)例如來(lái)說(shuō)，就像是在迷霧中，近間隔的物體我們還可以看得較量清楚，可是間隔增加，就越來(lái)越恍惚了。這種畸變現(xiàn)象是 非線性的，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度更加時(shí)，畸變量并非同樣更加，而是大概增長(zhǎng)得更快。所以當(dāng)一個(gè)信號(hào)通過(guò)中繼站放大，假如放大的強(qiáng)渡過(guò)大，發(fā)生的畸變就會(huì)將信號(hào)自己淹 沒在一片噪聲中。針對(duì)光纖的研究主要就是尋找要領(lǐng)，爭(zhēng)取在制止散射和畸變的同時(shí)，提高信號(hào)的信息容量和流傳間隔。

最開始的時(shí)候，光纖通信簡(jiǎn)樸地用激光發(fā)射源的開和關(guān)來(lái)編碼1和0.工程人員不絕地提高光源的開關(guān)頻率來(lái)提高信息的傳送速率。到了20世紀(jì)80年月中期，光纖通信網(wǎng)絡(luò)方才實(shí)現(xiàn)貿(mào)易化沒幾年，這樣的方案可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)數(shù)十千米，每秒幾百兆bit信息的傳送。

為了把信號(hào)傳輸間隔延伸到50千米之外，需要一其中繼器來(lái)放大已經(jīng)嚴(yán)重衰減的信號(hào)，中繼器先將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，濾除噪聲，然后放大，最后將電信號(hào)轉(zhuǎn)化回激光信號(hào)，送入下一段光纖。

這樣的光電轉(zhuǎn)換進(jìn)程巨大且昂貴。幸好，在1986年，英國(guó)南安普頓大學(xué)的David Payne發(fā)現(xiàn)了一種更好的要領(lǐng)，在他的方案里，光信號(hào)可以直接在光纖中完成放大，而不需要外部電路。

Payne 在光纖內(nèi)芯中摻入一些稀土元素鉺，他發(fā)明用激光照射鉺原子使其進(jìn)入引發(fā)態(tài)的，可以放大1.55微米波長(zhǎng)的入射光，剛好是光纖所用的透射率最高的波段。到了 90年月中期，用摻有鉺的光纖制成的信號(hào)放大器已經(jīng)被應(yīng)用于長(zhǎng)間隔光纖通信。每隔一段間隔配置一歌放大器（詳細(xì)隔斷取決于通信間隔），可以實(shí)現(xiàn)500到數(shù) 千千米間隔間的光纖信號(hào)傳送，更遠(yuǎn)的間隔就需要更高本錢的電路系統(tǒng)來(lái)濾除噪聲和重制信號(hào)了。如今，鉺光纖放大器構(gòu)成的鏈條可以讓光信號(hào)通過(guò)光纖穿越大洲大洋。