作為一個行業，電信行業經常因技術慣性而陷入困境。各種法規和相關性意味著，新的創新通常不會上市將近十年，而且采用起來可能會很慢，尤其是在電視，電話和互聯網行業呆滯的情況下。自從1970年代中期以來，一直在進行光纖信息的傳輸，這是在康寧玻璃廠進行的研究工作之后進行的。然而，直到最近，大多數家庭電信連接仍保持為經典的銅線，限制了美國互聯網的平均速度。根據從SpeedTest.net獲取數據的“網絡索引（Net Index）”，美國平均下載速度排名第33位，平均下載速度接近領先者香港平均速度的三分之一。

直到最近，一些公司才開始提供到居民地址的連接，這是該國多年來的首次電信通訊動搖。Verizon，Google和AT＆T都在某些地區提供服務，這些服務可以使企業和居民都可以訪問世界范圍內享有的高速連接。特別是去年在堪薩斯城推出的Google Fiber，這是Google首次涉足服務供應領域，它使用一些特別先進的新技術來提供對稱的1 Gbps下載和上傳速度。在很大程度上，全國范圍的互聯網訪問改變了企業運作的方式以及人們互動和娛樂的方式，廣泛的光纖（以及驅動它的迷人技術）只能推動我們的國家前進。

用于光纖通信的光源

光纖通信開始，超過已知為長纖維玻璃絲束通信信息的光脈沖。在最初的一端，電子信息通過LED或激光二極管在特定波長下的脈沖內插到光中，該波長用于最小化光在整個光纖中的分散。發光二極管作為正向偏置的pn結，通過自發發射以與發射的光相關聯的特定帶寬發射光。通常，LED光源用于速度不是很關鍵并且可以接受100 Mbps或更低速率的局域網連接中。這些LED最常用的半導體材料是磷化砷化鎵銦和磷化砷化鎵。

另一方面，激光二極管通過受激發射工作，調制的激光二極管可以達到數百毫瓦的功率。激光還產生相干的光，從而提高了能夠通過LED耦合到光纖的光的效率。激光二極管最常用于光纖通信的大功率和高速應用中。如今，最常用的光源是垂直腔表面發射激光器（VCSEL），它以類似的成本比LED提供更大的功率和速度，同時可以更好地耦合到多模光纖。VCSEL具有兩個平行于器件晶圓的分布式布拉格反射器，在該晶圓上制造了產生光子的量子阱。VCSEL的示意圖如下圖1所示。

簡單的VCSEL二極管圖（由Wikimedia Commons用戶The Photon提供）

光纖電纜

然后必須將一端產生的光耦合到光纖中，這是一個困難的過程，其中光的相干性極其有用。這些電纜由玻璃制成，由于具有全內反射特性，因此可以遠距離傳輸光。光纖電纜通常由芯線，包層和緩沖材料組成，就像受保護的波導一樣。纖芯的折射率低于包層的折射率，這意味著光以最小的損耗穿過包層。緩沖器可保護包層的外部免受可能導致瑕疵的損壞。有時，光纖電纜還具有稱為護套的另一層，其作用類似于包裹銅線的塑料。光纖電纜的層圖如下圖2所示，其中層1是芯層，層2是包層，

光纖層相對尺寸圖（由Wikimedia Commons用戶Bob Mellish提供）

光纖被構造為兩種主要的子類型，即多模和單模。多模光纖具有較大的纖芯，并允許較少的相干光耦合，這意味著它們通常用于廉價的應用中。但是，多模光纖的不利之處在于，由于多模色散，它們嚴重限制了連接的帶寬和長度。單模光纖允許更長和更快的光鏈路，同時需要更昂貴的材料和制造技術。光纖必須用專門的工具劈開，以形成一個平坦的表面，光可以耦合到其中而不會發生散射。創建和安裝高性能光纜非常昂貴，并且是阻止許多服務提供商將光纖安裝到家庭中的最大成本之一。例如，Emerald Atlantis和Hibernia Atlantic在2011年安裝的跨大西洋海底通信電纜耗資約3億美元，但它們能夠在70毫秒內將數據從紐約市傳輸到倫敦。這些光纜在需要放大時會變得更加昂貴，因為光放大器是通過在光纖的長度上摻入昂貴的稀土材料（例如）制成的。

光纖接收器

在線路的另一端，光接收器檢測通過光纜發送的信息。通常，這些是通過光電效應將光轉換為電的半導體光電二極管。由于良好的發射器也是良好的吸收器，因此用于制造這些二極管的材料通常與LED中的材料相似-最常見的是砷化銦鎵。為了驗證接收到的信息，使用了各種信號處理技術，然后將其轉換回電信號。就像銅一樣，光纜可以承載多種類型的通信，并且目前用于電話，互聯網，甚至與Verizon和Google Fiber一起用于電視。

光纖與電纜

光纖通信和電纜都存在于我們賴以生存的世界中。對于帶寬不是很重要的近距離應用，銅纜布線和電氣傳輸的價格相對便宜，而光纖在高帶寬應用（尤其是多路復用）中則表現出色。雖然銅線一次只能傳送一個信號，但是不同波長的多路復用信號可能會在同一根光纜中傳播，從而大大增加了一根光纖所具有的總吞吐量。光纖電纜最適合用于可能引起高壓的問題，并且光纖中的光不受電磁輻射的影響，而銅電纜則受到某些機器可能引起的任何感應電流的影響。纖維不會產生火花，難以插入（與電纜線不同），并且基本上無腐蝕性。簡而言之，光纖非常適合安全，高精度，惡劣環境下的應用。此外，在帶寬不斷增加的世界中，必須使用光纖來確保我們的信息服務不斷發展。

為什么要使用光纖來發展未來？

對于不斷發展的電信，幾乎可以肯定，信息將主要由光纖承載。隨著消費者和企業要求更快，更可靠的互聯網和電話服務，更好的制造工藝正在使這項技術每天都變得更便宜。可以更改現有的電話，電視和Internet網絡以使用光纖來實現更高的吞吐量，尤其是在引入多路復用信號時。從我們落后的互聯網速度可以看出，在我們遍布美國的銅網上很難（如果不是不可能）流式傳輸4K和藍光質量的視頻。拒絕投資網絡的電信公司聲稱，沒有應用需要對稱的千兆位速度-就像電力公司堅持認為在20世紀初期不需要國家電網一樣。為了實現創新，娛樂和整體進步，美國需要充分利用光纖布線背后的技術所帶來的好處。

編輯：hfy