顛末數十年來指數式的增長，光纖通信的速度大概碰著了瓶頸。

自二十世紀80年月以來，光纖中每秒可以傳送的信息字節數已經增加了約莫 1000萬倍。縱然是在上個世紀末期電子技能飛速成長的前提下，這樣的成長速度也是驚人的，甚至高出了。同時期集成電路芯片上的晶體管數量的增長速度。對 于后者，有摩爾定律預測其增長趨勢，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現者之一，而且 敦促了光纖通信容量的逐漸增長。也許，給這樣的增長趨勢和紀律取一個有趣的名字，有助于為這一盡量不廣為人知，卻無比重要的家產成績吸引更多的眼光。

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，和光纖通信的成長團結在一起，才有了此刻不行思議的“網絡古跡”。電子與電子之間的相 互浸染較強，這一特性對付數字和存儲器中的高速開關電子器件來說是優勢，而對付長間隔信號傳輸，彼此浸染較弱的光子反而更具優勢，它們團結起來，，才實現了 技能革命，才塑造了我們身處的這個時代。

此刻，半導體財富面對著維持摩爾定律的龐大挑戰，光纖光學在艱巨地試圖維持高速成長的趨勢。已往幾 十年來，一系列技能進步使得通信行業的從業者可以不絕地提高光纖通信網絡的數據傳輸速率，可是，險些所有容易改造的處所都已經到了極限，為了繼承維持成長 的態勢，他們必需做出真正偉大的創新。

「圖注」光纖數據容量在已往的數十年內始終呈指數式增長，圖是按照唐納德。凱克收集的數據繪制的，從中可以追蹤到凡是呈現于貿易應用之的打破性“偉大嘗試”，從圖上可以看到在波分復用技能應用之前和之后（亮藍色區域）通信容量的增長。

此刻利用的光纖內芯是直徑9微米的玻璃細絲，它對波長1.55微米的紅外光險些是完全透明的。在光纖內芯外面，包裹著高出50微米厚的玻璃覆層，對比玻璃內芯質料，它們的折射率較低。因此，在個中流傳的激光信號就被限制在內芯之中，而且通過內反射沿著光纖曲折著向前流傳。

這些激光脈沖信號以每秒20萬千米的速度在光纖中飛快地流傳——由于介質的存在，這里的光速只是真空光速的三分之二。除了原子核占據的少少空間，光纖內芯材 料內部險些是一片空曠，可是總照舊會有光子撞上個中某個原子核，即產生散射。光信號流傳的間隔越長，被散射的光子就越多，它們逃逸到外面的覆層和掩護層， 導致信號衰減。一般顛末50千米的流傳，90%的光信號就在衰減中丟失了，大部門是由于散射效應。

因此，我們需要在必然的間隔隔斷中插手中 繼站來加強光信號，可是這樣的方案有它自身的范圍性。當一個光信號通過中繼站放大之后再次傳入光纖時，光與光纖內芯之間的彼此浸染會導致信號畸變，而這樣 的畸變跟著間隔的增加會越來越顯著，打個例如來說，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，就越來越恍惚了。這種畸變現象是 非線性的，當信號強度更加時，畸變量并非同樣更加，而是大概增長得更快。所以當一個信號通過中繼站放大，假如放大的強渡過大，發生的畸變就會將信號自己淹 沒在一片噪聲中。針對光纖的研究主要就是尋找要領，爭取在制止散射和畸變的同時，提高信號的信息容量和流傳間隔。

最開始的時候，光纖通信簡樸地用激光發射源的開和關來編碼1和0.工程人員不絕地提高光源的開關頻率來提高信息的傳送速率。到了20世紀80年月中期，光纖通信網絡方才實現貿易化沒幾年，這樣的方案可以實現超過數十千米，每秒幾百兆bit信息的傳送。

為了把信號傳輸間隔延伸到50千米之外，需要一其中繼器來放大已經嚴重衰減的信號，中繼器先將光脈沖信號轉化為電信號，濾除噪聲，然后放大，最后將電信號轉化回激光信號，送入下一段光纖。

這樣的光電轉換進程巨大且昂貴。幸好，在1986年，英國南安普頓大學的David Payne發現了一種更好的要領，在他的方案里，光信號可以直接在光纖中完成放大，而不需要外部電路。

Payne 在光纖內芯中摻入一些稀土元素鉺，他發明用激光照射鉺原子使其進入引發態的，可以放大1.55微米波長的入射光，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放大器已經被應用于長間隔光纖通信。每隔一段間隔配置一歌放大器（詳細隔斷取決于通信間隔），可以實現500到數 千千米間隔間的光纖信號傳送，更遠的間隔就需要更高本錢的電路系統來濾除噪聲和重制信號了。如今，鉺光纖放大器構成的鏈條可以讓光信號通過光纖穿越大洲大洋。