Menggunakan cahaya untuk berkomunikasi bukanlah sebuah konsep yang sepenuhnya baru. Di Tiongkok kuno, penggunaan menara suar sebagai peringatan adalah contoh terbaik komunikasi cahaya visual. Orang Eropa yang menggunakan semafor untuk mengirimkan informasi juga dapat dianggap sebagai bentuk komunikasi optik primitif.
Prototipe komunikasi optik modern dapat ditelusuri kembali ke penemuan fotofon Bell pada tahun 1880. Dia menggunakan sinar matahari sebagai sumber cahaya, memfokuskan berkas cahaya melalui lensa ke cermin bergetar di depan pemancar, menyebabkan intensitas cahaya bervariasi dengan perubahan suara, sehingga mencapai modulasi suara dari intensitas cahaya. Di sisi penerima, reflektor parabola memantulkan sinar cahaya yang ditransmisikan melalui atmosfer ke baterai, dengan kristal selenium berfungsi sebagai alat pendeteksi penerima optik, mengubah sinyal optik menjadi arus listrik. Dengan cara ini, sinyal suara berhasil ditransmisikan melalui ruang atmosfer. Karena kurangnya sumber cahaya dan media transmisi yang ideal pada saat itu, photophone ini memiliki jarak transmisi yang sangat pendek dan tidak ada nilai aplikasi praktisnya, sehingga mengakibatkan lambatnya pengembangan. Namun, photophone masih merupakan penemuan besar, karena membuktikan kelayakan menggunakan gelombang cahaya sebagai pembawa informasi. Oleh karena itu, photophone Bell dapat dianggap sebagai prototipe komunikasi optik modern.
Penemuan lampu memungkinkan manusia untuk membangun sistem komunikasi optik sederhana, menggunakannya sebagai sumber cahaya, seperti komunikasi antar kapal dan antara kapal dan darat, sinyal belok mobil, lampu sinyal lalu lintas, dll. Faktanya, semua jenis lampu indikator adalah sistem komunikasi optik dasar. Dalam banyak kasus, dioda pemancar-cahaya neon berspektrum luas-dapat digunakan sebagai sumber cahaya. Pada tahun 1960, Maiman Amerika menemukan laser rubi pertama, yang memecahkan masalah sumber cahaya dan membawa harapan baru pada komunikasi optik. Dibandingkan dengan cahaya biasa, laser memiliki karakteristik yang sangat baik seperti lebar spektral yang sempit, arah yang sangat baik, kecerahan yang sangat tinggi, serta frekuensi dan fase yang relatif konsisten. Laser adalah cahaya yang sangat koheren, dengan karakteristik yang mirip dengan gelombang radio, menjadikannya pembawa optik yang ideal. Mengikuti laser rubi, laser helium-neon (He-Ne) dan laser karbon dioksida (CO₂) berturut-turut muncul dan mulai digunakan secara praktis. Penemuan dan penerapan laser membawa komunikasi optik, yang telah terbengkalai selama 80 tahun, ke tahap yang benar-benar baru.
Penemuan laser solid-state meningkatkan daya optik yang ditransmisikan dan memperluas jarak transmisi, memungkinkan komunikasi laser atmosfer digunakan melintasi tepian sungai, antar pulau, dan dalam situasi spesifik tertentu. Namun, stabilitas dan keandalan komunikasi laser di atmosfer masih belum terselesaikan. Penggunaan gelombang cahaya yang membawa informasi untuk mencapai komunikasi titik-ke-melalui propagasi atmosfer dapat dilakukan, namun kemampuan dan kualitas komunikasi sangat dipengaruhi oleh iklim. Karena penyerapan dan hamburan oleh hujan, kabut, salju, dan debu atmosfer, redaman energi gelombang cahaya menjadi signifikan; selain itu, ketidakseragaman kepadatan atmosfer dan suhu menyebabkan perubahan indeks bias, sehingga mengakibatkan pergeseran posisi sinar. Oleh karena itu, jarak dan stabilitas komunikasi laser di atmosfer sangat terbatas, sehingga tidak mampu mencapai komunikasi "segala-cuaca".
Tahun 1970 merupakan tahun cemerlang dalam sejarah komunikasi serat optik. Corning Company di Amerika berhasil mengembangkan serat optik kuarsa dengan kehilangan 20dB/km, memungkinkan komunikasi serat optik bersaing dengan komunikasi kabel koaksial, sehingga mengungkapkan prospek cerah komunikasi serat optik dan mendorong negara-negara di seluruh dunia untuk secara berturut-turut menginvestasikan tenaga kerja dan sumber daya material yang besar, mendorong penelitian dan pengembangan komunikasi serat optik ke tahap baru. Pada tahun 1972, Corning Company mengembangkan serat optik multimode kuarsa dengan kemurnian tinggi, yang mengurangi kerugian hingga 4dB/km. Pada tahun 1973, Bell Laboratories di Amerika Serikat mencapai hasil yang lebih besar lagi, mengurangi kehilangan serat optik menjadi 2,5dB/km, dan selanjutnya menguranginya menjadi 1,1dB/km pada tahun 1974. Pada tahun 1976, perusahaan Jepang termasuk Nippon Telegraph and Telephone (NTT) mengurangi kehilangan serat optik menjadi 0,47dB/km (pada panjang gelombang 1,2μm).
Pada tahun 1970, kemajuan besar juga dicapai dalam sumber cahaya untuk komunikasi serat optik. Pada tahun itu, Bell Laboratories di Amerika Serikat, Nippon Electric Company (NEC) di Jepang, dan bekas Uni Soviet secara berturut-turut menerobos keterbatasan laser semikonduktor yang bekerja pada suhu rendah (-200 derajat ) atau dalam kondisi eksitasi berdenyut, berhasil mengembangkan laser semikonduktor heterostruktur ganda gallium aluminium arsenide (GaAlAs) (gelombang pendek) yang dapat berosilasi terus menerus pada suhu kamar, meletakkan dasar bagi pengembangan laser semikonduktor. Pada tahun 1973, masa pakai laser semikonduktor mencapai 7×10³h. Pada tahun 1977, laser semikonduktor yang dikembangkan oleh Bell Laboratories mencapai masa pakai 100.000 jam (kira-kira 11,4 tahun), dengan masa pakai ekstrapolasi 1 juta jam, sepenuhnya memenuhi persyaratan praktis. Pada tahun 1976, Perusahaan Telegraf dan Telepon Nippon berhasil mengembangkan laser indium gallium arsenide fosfida (InGaAsP) yang memancarkan panjang gelombang 1,3μm. Pada tahun 1979, Perusahaan AT&T di Amerika Serikat dan Perusahaan Telegraf dan Telepon Nippon di Jepang berhasil mengembangkan laser semikonduktor berosilasi terus menerus yang memancarkan panjang gelombang 1,55μm.
Pada tahun 1976, Amerika Serikat melakukan uji lapangan sistem komunikasi serat optik praktis pertama di dunia di Atlanta. Sistem ini menggunakan laser GaAlAs sebagai sumber cahaya dan serat optik multimode sebagai media transmisi, dengan kecepatan 44,7Mbit/s dan jarak transmisi sekitar 10 km. Pada tahun 1980, sistem komunikasi serat optik FT-3 standar di Amerika Serikat mulai digunakan secara komersial. Sistem ini menggunakan serat optik multimode indeks-bertingkat dengan kecepatan 44,7Mbit/s. Selanjutnya, Amerika Serikat dengan cepat membangun jalur utama timur-barat dan jalur utama utara-selatan, melintasi 22 negara bagian, dengan total panjang kabel optik 5×10⁴km. Pada tahun 1976 dan 1978, Jepang berturut-turut melakukan uji coba sistem komunikasi serat optik multimode indeks bertahap dengan kecepatan 34Mbit/s dan jarak transmisi 64 km, serta sistem komunikasi serat optik multimode indeks bertingkat dengan kecepatan 100Mbit/s. Pada tahun 1983, Jepang memasang jalur utama kabel optik jarak jauh dari utara ke selatan melalui negara tersebut, dengan total panjang 3400 km, kecepatan transmisi awal 400Mbit/s, kemudian diperluas menjadi 1,6Gbit/s. Selanjutnya, sistem komunikasi kabel optik bawah laut TAT-8 melintasi Samudra Atlantik, yang diprakarsai oleh Amerika Serikat, Jepang, Inggris, dan Prancis, selesai dibangun pada tahun 1988, dengan total panjang 6,4×10³km; sistem komunikasi kabel optik bawah laut TPC-3/HAW-4 pertama melintasi Samudra Pasifik selesai dibangun pada tahun 1989, dengan total panjang 1,32×10⁵km. Sejak itu, pembangunan sistem komunikasi kabel optik bawah laut telah dikembangkan sepenuhnya, mendorong perkembangan jaringan komunikasi global.
Sejak Kao mengusulkan konsep serat optik sebagai media transmisi pada tahun 1966, komunikasi serat optik telah berkembang sangat pesat dari penelitian hingga penerapan, dengan pembaruan dan generasi teknologi yang berkelanjutan, kemampuan komunikasi yang terus meningkat (kecepatan transmisi dan jarak repeater), dan cakupan aplikasi yang terus diperluas. Perkembangan komunikasi optik secara kasar dapat dibagi menjadi lima tahap berikut:
Tahap pertama: Ini adalah periode dari penelitian dasar hingga pengembangan aplikasi komersial. Dimulai pada tahun 1976, mengikuti langkah-langkah penelitian dan pengembangan, setelah banyak uji coba lapangan, pada tahun 1978, sistem gelombang optik generasi pertama yang beroperasi pada panjang gelombang 0,8μm secara resmi digunakan secara komersial, mewujudkan sistem komunikasi serat optik multimode dengan panjang gelombang pendek (0,85μm), kecepatan rendah (45Mbit/s atau 34Mbit/s). Muncul serat optik dengan kehilangan 2dB/km, dengan jarak transmisi non-pengulang sekitar 10 km dan kapasitas komunikasi maksimum sekitar 500Mbit/(s·km). Dibandingkan dengan sistem kabel koaksial, komunikasi serat optik telah memperluas jarak repeater, mengurangi biaya investasi dan pemeliharaan, memenuhi tujuan rekayasa dan operasi komersial, dan komunikasi serat optik menjadi kenyataan.
Tahap kedua: Ini adalah periode praktis dengan tujuan penelitian untuk meningkatkan laju penularan dan meningkatkan jarak transmisi, serta secara giat mempromosikan aplikasi. Selama periode ini, serat optik berkembang dari multimode ke mode-tunggal, panjang gelombang kerja berkembang dari panjang gelombang pendek (0,85μm) ke panjang gelombang panjang (1,31μm dan 1,55μm), mencapai komunikasi serat optik mode-tunggal dengan panjang gelombang kerja 1,31μm dan kecepatan transmisi 140565Mbit/s. Kehilangan serat optik selanjutnya dikurangi hingga tingkat 0,5dB/km (1,31μm) dan 0,2dB/km (1,55μm), dengan jarak transmisi non-pengulang sebesar 50100km.
Tahap ketiga: Ini adalah periode dengan tujuan untuk mencapai kapasitas yang sangat-besar dan jarak yang sangat-jauh, melakukan penelitian mengenai teknologi baru secara komprehensif dan menyeluruh. Selama periode ini, komunikasi serat optik mode tunggal-dispersi 1,55μm telah direalisasikan. Sistem komunikasi serat optik ini menggunakan teknologi modulasi eksternal, dengan kecepatan transmisi mencapai 2,510Gbit/s dan jarak transmisi non-repeater mencapai 100150km. Laboratorium dapat mencapai tingkat yang lebih tinggi lagi.
Tahap keempat: Sistem komunikasi serat optik ditandai dengan penggunaan amplifier optik untuk meningkatkan jarak repeater dan penggunaan teknologi multiplexing pembagian panjang gelombang untuk meningkatkan bit rate dan jarak repeater. Karena sistem ini terkadang menggunakan skema homodyne atau heterodyne, maka disebut juga sistem komunikasi gelombang optik koheren. Dalam sistem komunikasi serat optik pada tahap ini, kehilangan serat optik dikompensasi oleh penguat serat optik (EDFA), dan setelah kompensasi, transmisi sejauh ribuan kilometer dapat dilakukan. Dalam satu eksperimen, star coupler digunakan untuk mencapai multiplexing data 100-saluran 622Gbit/dtk pada jarak transmisi 50 km, dengan crosstalk antarsaluran yang dapat diabaikan; dalam percobaan lain, dengan kecepatan saluran tunggal 2,5Gbit/s, tanpa menggunakan regenerator, kehilangan serat optik dikompensasi oleh EDFA, dengan jarak amplifier 80km dan jarak transmisi 2223km. Penggunaan teknologi deteksi koheren dalam sistem gelombang optik bukan merupakan prasyarat untuk menggunakan EDFA. Beberapa laboratorium telah menggunakan loop sirkulasi untuk mencapai transmisi data 2,4Gbit/s, 2,1×10⁴km dan 5Gbit/s, 1,4×10⁴km. Munculnya amplifier serat optik menyebabkan perubahan besar di bidang komunikasi serat optik.
Tahap kelima: Sistem komunikasi serat optik didasarkan pada kompresi nonlinier untuk mengimbangi perluasan dispersi serat optik, mencapai transmisi sinyal pulsa yang konformal, yang-disebut komunikasi soliton optik. Tahap ini berlangsung lebih dari 20 tahun dan telah mencapai kemajuan terobosan. Meskipun ide dasar ini diusulkan pada tahun 1973, baru pada tahun 1988 Bell Laboratories menggunakan kompensasi kerugian hamburan Raman terstimulasi untuk kehilangan serat optik, mentransmisikan data lebih dari 4×10³km, dan tahun berikutnya memperluas jarak transmisi menjadi 6×10³km. EDFA mulai digunakan untuk amplifikasi soliton optik pada tahun 1989. EDFA memiliki keunggulan lebih besar dalam praktik teknik, dan sejak itu, beberapa laboratorium internasional terkenal mulai memverifikasi potensi besar komunikasi soliton optik sebagai komunikasi-jarak-berkecepatan tinggi. Dari tahun 1990 hingga 1992, laboratorium di Amerika Serikat dan Inggris menggunakan loop sirkulasi untuk mengirimkan data 2,5Gbit/dtk dan 5Gbit/dtk dalam jarak lebih dari 1×10⁴km; Laboratorium Jepang mengirimkan data 10Gbit/s dalam jarak 1×10⁶km. Pada tahun 1995, laboratorium Perancis mentransmisikan data 20Gbit/s melalui 1×10⁶km, dengan jarak repeater 140km. Pada tahun 1995, laboratorium Inggris mengirimkan data 20Gbit/s pada jarak 8.100 km dan 40 Gbit/s pada jarak 5.000 km. Uji coba lapangan sistem soliton optik linier juga dilakukan di jaringan area metropolitan di sekitar Tokyo, Jepang, mentransmisikan data 10Gbit/s dan 20Gbit/s masing-masing melalui 2,5×10³km dan 1×10³km. Pada tahun 1994 dan 1995, data berkecepatan tinggi sebesar 80Gbit/s dan 160Gbit/s juga dikirimkan masing-masing sejauh 500 km dan 200 km.
