Wykorzystanie światła w komunikacji nie jest całkowicie nową koncepcją. W starożytnych Chinach najlepszym przykładem wizualnej komunikacji świetlnej są wieże ostrzegawcze. Europejczyków używających semaforów do przekazywania informacji można również uznać za prymitywne formy komunikacji optycznej.
Początki prototypu nowoczesnej komunikacji optycznej sięgają wynalezienia przez Bella fotofonu w 1880 r. Jako źródło światła wykorzystał światło słoneczne, skupiając wiązkę światła przez soczewkę na wibrującym lustrze znajdującym się przed nadajnikiem, powodując zmianę natężenia światła wraz ze zmianami głosu, uzyskując w ten sposób modulację natężenia światła głosem. Po stronie odbiorczej reflektor paraboliczny odbija wiązkę światła przechodzącą przez atmosferę na akumulator, a kryształy selenu służą jako optyczne urządzenie wykrywające, przekształcające sygnał optyczny na prąd elektryczny. W ten sposób sygnały głosowe zostały pomyślnie przesłane przez przestrzeń atmosferyczną. Ze względu na brak wówczas idealnych źródeł światła i mediów transmisyjnych, fotofon ten miał bardzo małą odległość transmisji i nie miał praktycznej wartości użytkowej, co skutkowało powolnym rozwojem. Jednak fotofon nadal był świetnym wynalazkiem, ponieważ udowodnił możliwość wykorzystania fal świetlnych jako nośników do przesyłania informacji. Dlatego fotofon Bella można uznać za prototyp nowoczesnej komunikacji optycznej.
Wynalezienie lamp umożliwiło ludziom konstruowanie prostych systemów komunikacji optycznej, wykorzystując je jako źródła światła, takie jak komunikacja między statkami oraz między statkami a lądem, kierunkowskazy samochodowe, sygnalizacja świetlna itp. Tak naprawdę każdy rodzaj kierunkowskazu jest podstawowym systemem komunikacji optycznej. W wielu przypadkach jako źródła światła można zastosować diody elektroluminescencyjne o-szerokim spektrum-emitującym światło. W 1960 roku Amerykanin Maiman wynalazł pierwszy laser rubinowy, który w pewnym sensie rozwiązał problem źródła światła i przyniósł nową nadzieję w komunikacji optycznej. W porównaniu ze zwykłym światłem lasery mają doskonałe właściwości, takie jak wąska szerokość widma, wyjątkowo dobra kierunkowość, wyjątkowo wysoka jasność oraz stosunkowo stała częstotliwość i faza. Lasery emitują światło o dużej spójności i charakterystyce podobnej do fal radiowych, co czyni je idealnymi nośnikami optycznymi. Po laserze rubinowym, sukcesywnie pojawiły się i wprowadzono do praktycznego zastosowania lasery-helowe (He-Ne) i lasery na dwutlenku węgla (CO₂). Wynalezienie i zastosowanie laserów przeniosło komunikację optyczną, która była uśpiona przez 80 lat, na zupełnie nowy etap.
Wynalezienie laserów-na ciele stałym znacznie zwiększyło przesyłaną moc optyczną i wydłużyło odległość transmisji, umożliwiając wykorzystanie atmosferycznej komunikacji laserowej na brzegach rzek, między wyspami oraz w pewnych określonych sytuacjach. Jednak stabilność i niezawodność komunikacji laserowej w atmosferze nadal pozostawała nierozwiązana. Wykorzystanie fal świetlnych przenoszących informacje w celu osiągnięcia komunikacji--od punktu do punktu poprzez propagację w atmosferze jest wykonalne, ale klimat i jakość komunikacji poważnie wpływa. Ze względu na absorpcję i rozpraszanie przez deszcz, mgłę, śnieg i pył atmosferyczny, tłumienie energii fal świetlnych jest znaczne; dodatkowo niejednorodność-gęstości atmosfery i temperatury powoduje zmiany współczynnika załamania światła, co skutkuje przesunięciem położenia wiązki. Dlatego odległość i stabilność komunikacji za pomocą lasera atmosferycznego są znacznie ograniczone i nie można zapewnić komunikacji w każdych-pogodach.
Rok 1970 był genialnym rokiem w historii komunikacji światłowodowej. Firma Corning w Stanach Zjednoczonych z sukcesem opracowała kwarcowy światłowód ze stratą 20 dB/km, dzięki czemu komunikacja światłowodowa może konkurować z komunikacją za pomocą kabla koncentrycznego, ukazując w ten sposób jasne perspektywy komunikacji światłowodowej i zachęcając kraje na całym świecie do sukcesywnego inwestowania znacznej siły roboczej i zasobów materialnych, wypychając badania i rozwój komunikacji światłowodowej na nowy etap. W 1972 roku firma Corning Company opracowała-wielomodowy światłowód kwarcowy o wysokiej czystości, redukujący straty do 4 dB/km. W 1973 r. Bell Laboratories w Stanach Zjednoczonych osiągnęło jeszcze lepsze wyniki, zmniejszając straty w światłowodzie do 2,5 dB/km, a w 1974 r. jeszcze bardziej do 1,1 dB/km. W 1976 r. japońskie firmy, w tym Nippon Telegraph and Telephone (NTT), zmniejszyły straty w światłowodzie do 0,47 dB/km (przy długości fali 1,2 μm).
W roku 1970 nastąpił także znaczny postęp w dziedzinie źródeł światła do komunikacji światłowodowej. W tym samym roku Bell Laboratories w Stanach Zjednoczonych, Nippon Electric Company (NEC) w Japonii i na terenie byłego Związku Radzieckiego sukcesywnie przełamywały ograniczenia laserów półprzewodnikowych pracujących w niskich temperaturach (-200 stopni) lub w warunkach wzbudzenia pulsacyjnego, z sukcesem opracowując lasery półprzewodnikowe o podwójnej heterostrukturze (fale krótkie) z arsenkiem galu i glinu (GaAlAs), które mogą oscylować w sposób ciągły w temperaturze pokojowej, kładąc podwaliny pod rozwój półprzewodników lasery. W 1973 roku żywotność laserów półprzewodnikowych osiągnęła 7×103h. W 1977 roku lasery półprzewodnikowe opracowane przez Bell Laboratories osiągnęły żywotność 100 000 godzin (około 11,4 lat), przy ekstrapolowanym czasie życia wynoszącym 1 milion godzin, w pełni spełniając wymagania praktyczne. W 1976 roku firmie Nippon Telegraph and Telephone Company udało się opracować lasery z fosforku arsenku indu i galu (InGaAsP) emitujące długość fali 1,3 μm. W 1979 roku firmy AT&T w Stanach Zjednoczonych oraz Nippon Telegraph and Telephone Company w Japonii z sukcesem opracowały stale oscylujące lasery półprzewodnikowe emitujące długość fali 1,55 μm.
W 1976 roku Stany Zjednoczone przeprowadziły w Atlancie próby terenowe pierwszego na świecie praktycznego systemu komunikacji światłowodowej. W systemie wykorzystano lasery GaAlAs jako źródła światła oraz wielomodowy światłowód jako medium transmisyjne z szybkością 44,7 Mbit/s i odległością transmisji około 10 km. W 1980 r. do użytku komercyjnego wprowadzono w Stanach Zjednoczonych znormalizowany system komunikacji światłowodowej FT-3. W systemie zastosowano wielomodowy światłowód-stopniowy o szybkości 44,7 Mbit/s. Następnie Stany Zjednoczone szybko położyły linie magistralne ze wschodu-zachodu i północ-południa, przecinając 22 stany, a łączna długość kabla optycznego wyniosła 5 x 10⁴ km. W latach 1976 i 1978 w Japonii sukcesywnie przeprowadzano próby wielomodowych systemów komunikacji światłowodowej ze stopniowanym-indeksem o szybkości 34 Mbit/s i odległości transmisji 64 km, a także wielomodowych systemów komunikacji ze stopniowanym-indeksem o szybkości 100 Mbit/s. W 1983 roku Japonia położyła długodystansową linię światłowodową biegnącą z północy na południe przez kraj, o łącznej długości 3400 km i początkowej szybkości transmisji 400 Mbit/s, później rozszerzonej do 1,6 Gbit/s. Następnie w 1988 r. ukończono podmorski system łączności kablowej za pomocą kabla optycznego TAT-8 przez Ocean Atlantycki, zainicjowany przez Stany Zjednoczone, Japonię, Wielką Brytanię i Francję, o łącznej długości 6,4 × 103 km; pierwszy podmorski system łączności kablowej TPC-3/HAW-4 przez Pacyfik został ukończony w 1989 r., a jego łączna długość wyniosła 1,32×10⁵km. Od tego czasu w pełni rozwinęła się konstrukcja podwodnych systemów łączności kablowej, sprzyjającej rozwojowi globalnych sieci komunikacyjnych.
Odkąd Kao zaproponował koncepcję światłowodu jako medium transmisyjnego w 1966 r., komunikacja światłowodowa rozwijała się bardzo szybko od badań do zastosowań, z ciągłymi aktualizacjami technologicznymi i generacjami, stale ulepszając możliwości komunikacyjne (szybkość transmisji i odległość wzmacniaka) oraz stale rozszerzając zakres zastosowań. Rozwój komunikacji optycznej można z grubsza podzielić na pięć etapów:
Etap pierwszy: Był to okres od badań podstawowych do opracowania aplikacji komercyjnej. Począwszy od 1976 roku, ściśle po etapach badań i rozwoju, po wielu próbach terenowych, w 1978 roku oficjalnie wprowadzono do użytku komercyjnego pierwszą generację systemu fal optycznych działających na długości fali 0,8 μm, realizując wielomodowe systemy komunikacji światłowodowej na krótkich falach (0,85 μm) i niskiej szybkości (45 Mbit/s lub 34 Mbit/s). Pojawił się światłowód ze stratą 2 dB/km, z odległością transmisji bez użycia wzmacniacza wynoszącą około 10 km i maksymalną przepustowością komunikacyjną wynoszącą około 500 Mbit/(s·km). W porównaniu z systemami kabli koncentrycznych komunikacja światłowodowa umożliwiła zwiększenie odległości przemienników, zmniejszenie kosztów inwestycji i konserwacji, spełniając cele inżynieryjne i komercyjne, a komunikacja światłowodowa stała się rzeczywistością.
Drugi etap: był to okres praktyczny, którego celem badawczym była poprawa szybkości transmisji i zwiększenie odległości transmisji oraz energiczne promowanie zastosowań. W tym okresie światłowód rozwinął się z wielomodowego do jednomodowego-, robocze długości fal zmieniły się od krótkich (0,85 μm) do długich (1,31 μm i 1,55 μm), osiągając jedno-modową komunikację światłowodową przy roboczej długości fali 1,31 μm i szybkości transmisji 140565 Mbit/s. Straty w światłowodzie zostały dodatkowo zmniejszone do poziomu 0,5 dB/km (1,31 μm) i 0,2 dB/km (1,55 μm), przy odległości transmisji bez-przekaźnika wynoszącej 50100 km.
Trzeci etap: był to okres, w którym celem były bardzo-bardzo duże pojemności i bardzo-odległości, kompleksowe i dokładne prowadzenie badań nad nowymi technologiami. W tym okresie zrealizowano komunikację światłowodową-z przesuniętym-modemem o dyspersji 1,55 μm. Ten system komunikacji światłowodowej wykorzystywał technologię modulacji zewnętrznej, zapewniając szybkość transmisji sięgającą 2,510 Gbit/s, a odległości transmisji bez użycia wzmacniacza- sięgały 100–150 km. Laboratoria mogłyby osiągnąć jeszcze wyższy poziom.
Etap czwarty: Systemy komunikacji światłowodowej charakteryzowały się zastosowaniem wzmacniaczy optycznych w celu zwiększenia odległości przemienników oraz wykorzystaniem technologii multipleksowania z podziałem długości fali w celu zwiększenia przepływności i odległości przemienników. Ponieważ systemy te czasami wykorzystywały schematy homodynowe lub heterodynowe, nazywano je również spójnymi systemami komunikacji za pomocą fal optycznych. W systemach komunikacji światłowodowej na tym etapie straty w światłowodach były kompensowane przez wzmacniacze światłowodowe (EDFA), a po kompensacji możliwa była transmisja na tysiące kilometrów. W jednym eksperymencie zastosowano sprzęgacz gwiazdowy, aby uzyskać multipleksację danych 100-kanałowych z szybkością 622 Gbit/s na odległość transmisji 50 km, przy znikomym przesłuchu międzykanałowym; w innym eksperymencie, przy szybkości pojedynczego kanału 2,5 Gbit/s, bez użycia regeneratorów, straty w światłowodzie kompensowano za pomocą EDFA, przy odstępie wzmacniaczy 80 km i odległości transmisji 2223 km. Zastosowanie technologii detekcji koherentnej w układach fal optycznych nie było warunkiem koniecznym zastosowania EDFA. Niektóre laboratoria wykorzystywały pętle cyrkulacyjne, aby osiągnąć transmisję danych z szybkością 2,4 Gbit / s, 2,1 × 10⁴ km i 5 Gbit / s, 1,4 × 10⁴ km. Pojawienie się wzmacniaczy światłowodowych spowodowało duże zmiany w dziedzinie komunikacji światłowodowej.
Etap piąty: Systemy komunikacji światłowodowej opierały się na kompresji nieliniowej w celu skompensowania poszerzenia dyspersji światłowodu, uzyskując konformalną transmisję sygnałów impulsowych,-tzw. optyczną komunikację solitonową. Etap ten trwał ponad 20 lat i przyniósł przełomowy postęp. Chociaż ta podstawowa koncepcja została zaproponowana w 1973 r., dopiero w 1988 r. Bell Laboratories zastosowało kompensację strat w wyniku stymulowanego rozpraszania Ramana dla strat w światłowodzie, przesyłając dane na odległość 4×10³km, a w następnym roku rozszerzono odległość transmisji do 6×10³km. EDFA zaczęto stosować do optycznego wzmacniania solitonu w 1989 r. Miał on większe zalety w praktyce inżynierskiej i od tego czasu niektóre znane międzynarodowe laboratoria zaczęły weryfikować ogromny potencjał optycznej komunikacji solitonowej w zakresie szybkiej-komunikacji-na duże odległości. W latach 1990–1992 laboratoria w Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii wykorzystywały pętle cyrkulacyjne do przesyłania danych z szybkością 2,5 Gbit/s i 5 Gbit/s na odległość ponad 1 × 10⁴ km; Japońskie laboratoria transmitowały dane z szybkością 10 Gbit/s na odległość 1×10⁶km. W 1995 roku francuskie laboratoria transmitowały dane z szybkością 20 Gbit/s na odległość 1×10⁶km, przy odległości 140 km od wzmacniacza. W 1995 roku brytyjskie laboratoria transmitowały dane z szybkością 20 Gbit/s na odległość 8100 km i 40 Gbit/s na odległość 5000 km. Przeprowadzono także próby terenowe liniowych optycznych systemów solitonowych w sieciach obszarów metropolitalnych wokół Tokio w Japonii, przesyłając dane z szybkością 10 Gbit/s i 20 Gbit/s na odległość odpowiednio 2,5 × 10 3 km i 1 × 10 3 km. W latach 1994 i 1995 dane-z dużą szybkością były także przesyłane z szybkością 80 Gbit/s i 160 Gbit/s na odległość odpowiednio 500 i 200 km.
