Korištenje svjetla za komunikaciju nije posve nov koncept. U drevnoj Kini, korištenje svjetionika za upozorenja najbolji je primjer vizualne svjetlosne komunikacije. Europljani koji koriste semafor za prijenos informacija također se mogu smatrati primitivnim oblicima optičke komunikacije.
Prototip moderne optičke komunikacije može se pratiti unatrag do Bellovog izuma fotofona 1880. On je koristio sunčevu svjetlost kao izvor svjetlosti, fokusirajući svjetlosnu zraku kroz leću na vibrirajuće zrcalo ispred odašiljača, uzrokujući da intenzitet svjetlosti varira s promjenama glasa, čime se postigla glasovna modulacija intenziteta svjetlosti. Na prijemnom kraju, parabolični reflektor reflektirao je svjetlosnu zraku propuštenu kroz atmosferu na bateriju, sa kristalima selena koji su služili kao optički prijemni uređaj za detekciju, pretvarajući optički signal u električnu struju. Na taj su način glasovni signali uspješno prenošeni kroz atmosferski prostor. Zbog nedostatka idealnih izvora svjetlosti i medija za prijenos u to vrijeme, ovaj fotofon je imao vrlo malu udaljenost prijenosa i nikakvu praktičnu vrijednost, što je rezultiralo sporim razvojem. Međutim, fotofon je još uvijek bio veliki izum, jer je dokazao izvedivost korištenja svjetlosnih valova kao nositelja za prijenos informacija. Stoga se Bellov fotofon može smatrati prototipom moderne optičke komunikacije.
Izum svjetiljki omogućio je ljudima da konstruiraju jednostavne optičke komunikacijske sustave, koristeći ih kao izvore svjetlosti, kao što su komunikacija između brodova i između brodova i kopna, automobilski žmigavci, semafori, itd. Zapravo, bilo koja vrsta indikatorskog svjetla osnovni je optički komunikacijski sustav. U mnogim slučajevima, fluorescentne -diode širokog{2}}spektra mogu se koristiti kao izvori svjetlosti. Godine 1960. Amerikanac Maiman izumio je prvi rubinski laser, koji je u neku ruku riješio problem izvora svjetlosti i donio novu nadu optičkoj komunikaciji. U usporedbi s običnim svjetlom, laseri imaju izvrsne karakteristike kao što su uska spektralna širina, izuzetno dobra usmjerenost, izuzetno visoka svjetlina i relativno konzistentna frekvencija i faza. Laseri su visoko koherentna svjetlost, sa karakteristikama sličnim radio valovima, što ih čini idealnim optičkim prijenosnicima. Nakon rubinskog lasera redom su se pojavili i uveli u praktičnu primjenu helij-neonski (He-Ne) laseri i laseri s ugljikovim dioksidom (CO₂). Izum i primjena lasera doveli su optičku komunikaciju, koja je bila u mirovanju 80 godina, u potpuno novu fazu.
Izum-lasera u čvrstom stanju uvelike je povećao optičku snagu prijenosa i produžio udaljenost prijenosa, omogućujući korištenje atmosferske laserske komunikacije preko riječnih obala, između otoka i u određenim specifičnim situacijama. Međutim, stabilnost i pouzdanost atmosferske laserske komunikacije još uvijek je ostala neriješena. Korištenje svjetlosnih valova koji prenose informacije za postizanje komunikacije od-to-točke kroz atmosfersko širenje je izvedivo, ali na sposobnost i kvalitetu komunikacije ozbiljno utječe klima. Zbog apsorpcije i raspršenja kišom, maglom, snijegom i atmosferskom prašinom, slabljenje energije svjetlosnog vala je značajno; osim toga, ne-ujednačenost atmosferske gustoće i temperature uzrokuje promjene u indeksu loma, što rezultira pomicanjem položaja zrake. Zbog toga su udaljenost i stabilnost atmosferske laserske komunikacije uvelike ograničene i ne mogu postići komunikaciju "svim-vremenskim uvjetima".
1970. bila je briljantna godina u povijesti komunikacija optičkim vlaknima. Tvrtka Corning u Sjedinjenim Američkim Državama uspješno je razvila kvarcna optička vlakna s gubitkom od 20 dB/km, omogućujući komunikaciji optičkim vlaknima da se natječu s komunikacijom koaksijalnim kabelom, otkrivajući tako svijetle izglede komunikacije optičkim vlaknima i potičući zemlje diljem svijeta da sukcesivno ulažu značajne radne snage i materijalne resurse, gurajući istraživanje i razvoj komunikacije optičkim vlaknima na novu fazu. Godine 1972. tvrtka Corning razvila je višemodno kvarcno vlakno visoke-čistoće, smanjujući gubitke na 4dB/km. Godine 1973. Bell Laboratories u Sjedinjenim Državama postigao je još veće rezultate, smanjivši gubitak optičkih vlakana na 2,5 dB/km, i dodatno smanjivši ga na 1,1 dB/km 1974. Godine 1976. japanske tvrtke, uključujući Nippon Telegraph and Telephone (NTT), smanjile su gubitke optičkih vlakana na 0,47 dB/km (na valnoj duljini od 1,2 μm).
Godine 1970. također je postignut značajan napredak u izvorima svjetlosti za komunikaciju optičkim vlaknima. Te su godine Bell Laboratories u Sjedinjenim Državama, Nippon Electric Company (NEC) u Japanu i bivši Sovjetski Savez sukcesivno probili ograničenja poluvodičkih lasera koji rade na niskim temperaturama (-200 stupnjeva) ili u uvjetima pulsne pobude, uspješno razvijajući dvostruke heterostrukturne poluvodičke lasere (kratki val) s galij-aluminij-arsenidom (GaAlAs) koji mogu kontinuirano oscilirati na sobnoj temperaturi, postavljajući temelje za razvoj poluvodičkih lasera. Godine 1973. životni vijek poluvodičkih lasera dosegnuo je 7×10³h. Godine 1977. poluvodički laseri koje je razvio Bell Laboratories postigli su životni vijek od 100 000 h (približno 11,4 godina), s ekstrapoliranim životnim vijekom od 1 milijun h, što je u potpunosti zadovoljilo praktične zahtjeve. Godine 1976. tvrtka Nippon Telegraph and Telephone Company uspješno je razvila lasere s indij galij arsenid fosfidom (InGaAsP) koji emitiraju na valnoj duljini od 1,3 μm. Godine 1979., AT&T Company u Sjedinjenim Državama i Nippon Telegraph and Telephone Company u Japanu uspješno su razvile kontinuirano oscilirajuće poluvodičke lasere koji emitiraju na valnoj duljini od 1,55 μm.
Godine 1976. Sjedinjene Države provele su terenska ispitivanja prvog praktičnog komunikacijskog sustava optičkih vlakana u svijetu u Atlanti. Sustav je koristio GaAlAs lasere kao izvore svjetlosti i višemodno optičko vlakno kao prijenosni medij, s brzinom od 44,7 Mbit/s i udaljenošću prijenosa od približno 10 km. Godine 1980. standardizirani komunikacijski sustav optičkih vlakana FT-3 u Sjedinjenim Državama pušten je u komercijalnu upotrebu. Sustav je koristio višemodno optičko vlakno s graduiranim-indeksom s brzinom od 44,7 Mbit/s. Nakon toga, Sjedinjene Države brzo su postavile magistralne vodove istok-zapad i magistralne vodove sjever-jug, prelazeći preko 22 države, s ukupnom duljinom optičkog kabela od 5×10⁴km. 1976. i 1978. Japan je uzastopno proveo ispitivanja komunikacijskih sustava s višemodnim optičkim vlaknima step{22}}indeksa s brzinom od 34Mbit/s i udaljenošću prijenosa od 64 km, kao i s-indeksom višemodnih komunikacijskih sustava s optičkim vlaknima s stupnjevitim indeksom brzine od 100Mbit/s. Godine 1983. Japan je položio magistralni optički kabel na velike udaljenosti koji se proteže od sjevera do juga kroz zemlju, ukupne duljine 3400 km, početne brzine prijenosa od 400 Mbit/s, kasnije proširene na 1,6 Gbit/s. Nakon toga, TAT-8 podmorski optički kabelski komunikacijski sustav preko Atlantskog oceana, pokrenut od strane Sjedinjenih Država, Japana, Ujedinjenog Kraljevstva i Francuske, dovršen je 1988., ukupne dužine 6,4×10³km; prvi TPC-3/HAW-4 podmorski optički kabelski komunikacijski sustav preko Tihog oceana dovršen je 1989. godine, ukupne duljine 1,32×10⁵km. Od tada je izgradnja podmorskih optičkih kabelskih komunikacijskih sustava u potpunosti razvijena, promičući razvoj globalnih komunikacijskih mreža.
Otkako je Kao predložio koncept optičkih vlakana kao prijenosnog medija 1966. godine, komunikacija optičkim vlaknima se vrlo brzo razvila od istraživanja do primjene, uz stalna tehnološka ažuriranja i generacije, kontinuirano poboljšavajući komunikacijske mogućnosti (brzina prijenosa i udaljenost repetitora) i kontinuirano šireći opseg primjene. Razvoj optičkih komunikacija može se grubo podijeliti u sljedećih pet faza:
Prva faza: To je bilo razdoblje od temeljnog istraživanja do razvoja komercijalnih aplikacija. Počevši od 1976., pažljivo prateći korake istraživanja i razvoja, nakon mnogih terenskih ispitivanja, 1978., prva generacija optičkog valnog sustava koji radi na valnoj duljini od 0,8 μm službeno je puštena u komercijalnu upotrebu, realizirajući komunikacijske sustave s optičkim vlaknima kratke valne duljine (0,85 μm), niske brzine (45 Mbit/s ili 34 Mbit/s). Pojavilo se optičko vlakno s gubitkom od 2dB/km, s udaljenošću prijenosa bez repetitora od približno 10 km i maksimalnim komunikacijskim kapacitetom od približno 500 Mbit/(s·km). U usporedbi sa sustavima koaksijalnih kabela, komunikacija optičkim vlaknima imala je povećane udaljenosti repetitora, smanjene troškove ulaganja i održavanja, ispunjavajući ciljeve inženjeringa i komercijalnih operacija, a komunikacija optičkim vlaknima postala je stvarnost.
Druga faza: Ovo je bilo praktično razdoblje s istraživačkim ciljevima poboljšanja brzina prijenosa i povećanja udaljenosti prijenosa, te snažnog promicanja aplikacija. Tijekom tog razdoblja, optičko vlakno se razvilo od višemodnog do jedno-modnog, radne valne duljine razvile su se od kratkih valnih duljina (0,85 μm) do dugih valnih duljina (1,31 μm i 1,55 μm), postigavši jedno-modnu komunikaciju optičkim vlaknom s radnom valnom duljinom od 1,31 μm i brzinom prijenosa od 140565 Mbit/s. Gubitak optičkog vlakna dodatno je smanjen na razine od 0,5 dB/km (1,31 μm) i 0,2 dB/km (1,55 μm), s udaljenostima prijenosa bez-repetitora od 50100 km.
Treća faza: Ovo je bilo razdoblje s ciljevima ultra-velikog kapaciteta i ultra-velike udaljenosti, sveobuhvatno i temeljito provođenje istraživanja novih tehnologija. Tijekom tog razdoblja ostvarena je disperzija-pomaknute jedno-komunikacije optičkim vlaknom od 1,55 μm. Ovaj komunikacijski sustav s optičkim vlaknima koristio je tehnologiju vanjske modulacije, s brzinama prijenosa koje su dosezale 2,510 Gbit/s, a udaljenosti prijenosa bez repetitora dosezale su 100150 km. Laboratoriji bi mogli postići još više razine.
Četvrta faza: Komunikacijske sustave s optičkim vlaknima karakterizirala je uporaba optičkih pojačala za povećanje udaljenosti repetitora i upotreba tehnologije multipleksiranja po valnim duljinama za povećanje bitnih brzina i udaljenosti repetitora. Budući da su ti sustavi ponekad koristili homodinske ili heterodinske sheme, nazivali su ih i koherentnim komunikacijskim sustavima s optičkim valovima. U komunikacijskim sustavima s optičkim vlaknima u ovoj fazi gubitak optičkih vlakana nadoknađivali su optička pojačala (EDFA), a nakon kompenzacije bio je moguć prijenos na tisuće kilometara. U jednom eksperimentu, zvjezdasti spojnik korišten je za postizanje 100-kanalnog multipleksiranja podataka od 622Gbit/s na udaljenosti prijenosa od 50 km, sa zanemarivim međukanalnim preslušavanjem; u drugom eksperimentu, s jednom brzinom kanala od 2,5 Gbit/s, bez korištenja regeneratora, gubitak optičkog vlakna kompenzirao je EDFA, s razmakom pojačala od 80 km i udaljenošću prijenosa od 2223 km. Upotreba tehnologije koherentne detekcije u sustavima optičkih valova nije bila preduvjet za korištenje EDFA. Neki su laboratoriji koristili kružne petlje za postizanje prijenosa podataka od 2,4 Gbit/s, 2,1×10⁴km i 5Gbit/s, 1,4×10⁴km. Pojava optičkih pojačala uzrokovala je velike promjene u području optičkih komunikacija.
Peta faza: Komunikacijski sustavi s optičkim vlaknima temeljili su se na nelinearnoj kompresiji kako bi se nadoknadilo širenje disperzije optičkih vlakana, postižući konforman prijenos impulsnih signala, takozvanu-optičku solitonsku komunikaciju. Ova je faza trajala više od 20 godina i postigla je značajan napredak. Iako je ova osnovna ideja predložena 1973. godine, Bell Laboratories je tek 1988. upotrijebio kompenzaciju gubitka stimuliranog Ramanovog raspršenja za gubitak optičkih vlakana, prenoseći podatke preko 4×10³km, a sljedeće godine je proširio udaljenost prijenosa na 6×10³km. EDFA se počeo koristiti za optičko solitonsko pojačanje 1989. Imao je veće prednosti u inženjerskoj praksi, a od tada su neki poznati međunarodni laboratoriji počeli provjeravati golemi potencijal optičke solitonske komunikacije kao -brze-komunikacije na velike udaljenosti. Od 1990. do 1992. laboratoriji u Sjedinjenim Američkim Državama i Ujedinjenom Kraljevstvu koristili su kružne petlje za prijenos podataka od 2,5 Gbit/s i 5 Gbit/s na više od 1×10⁴km; Japanski laboratoriji odašiljali su 10Gbit/s podatke preko 1×10⁶km. Godine 1995. francuski su laboratoriji odašiljali podatke brzine 20 Gbit/s preko 1×10⁶km, s udaljenosti repetitora od 140 km. Britanski laboratoriji su 1995. odašiljali podatke brzine 20 Gbit/s preko 8100 km i podatke brzine 40 Gbit/s preko 5000 km. Terenska ispitivanja linearnih optičkih solitonskih sustava također su provedena u mrežama gradskih područja oko Tokija u Japanu, prenoseći 10Gbit/s i 20Gbit/s podatke preko 2,5×10³km odnosno 1×10³km. Godine 1994. i 1995., podaci velike-brzine od 80 Gbit/s i 160 Gbit/s također su se prenosili preko 500 km odnosno 200 km.
