神通激光

第一节 现代社会的信使

　　人类的文明，社会的发展，离不开通信。电通信是社会的神经，传递着各种各样的信息。但是，现代工农业生产、科学和军事的发展，人类生活水平不断提高和社会交往日益广泛，对通信的需求和应用的增长速度十分迅猛，于是引来了通信空间的拥护吵闹。多亏激光来得及时，为人类提供了一个新的发展空间，开拓出更为广阔的光通信领域……

　　人类积累了数千年生产斗争和科学实验的知识财富，到18世纪、19世纪，科学技术已经有了相当的进步。19世纪30年代发明了电报，19世纪70年代发明了电话。那时候，电报和电话都是利用金属导线传输的，因此，19世纪称为有线电通信时代。19世纪末，出现了无线电通信技术。1901年，人们利用无线电波实现了从欧洲到美洲横跨大西洋的电报通信。20世纪20年代，开始采用长波和中波进行无线电广播，30年代出现了电视。20世纪30年代，短波通信得到广泛发展。在第二次世界大战期间，雷达的出现，使超短波和微波技术迅速发展。战后，微波通信逐步发展起来。不久，无线电通信技术又进入了毫米波阶段和微米波阶段。

　　从上述情况可以看出，无线电波通信从几千米的长波，到中波、短波、超短波、微波，进入到毫米波、微米波，再发展向何处去呢？电波通信似乎已经走到“山穷水尽”“走投无路”的境地，然而，现代的生产、科研、军事和社会的发展，又“步步紧逼”，对通信技术不断提出新的更高要求……

　　于是，人们想到了光波，决定请光波前来“救驾”——发展光通信。所谓光通信，就是利用光波作为信息的载体来传送信息的通信技术。

　　早在2000多年前，我们的祖先就已经利用光来传送信息了。万里长城是为了防御异族入侵而建筑起来的，在长城上每隔5公里左右有一座烽火台。当异族来犯时，白天就在烽火台上点起狼烟，夜间则在烽火台上燃起火光，发出敌人入侵的警报，一台接一台地将烟火点燃起来、传了开去。

　　在战场上，也可以见到光通信的实例。例如，夜间用手电筒光打信号，利用红绿信号弹联络和指挥战斗。

　　在大海上，舰艇之间或轮船之间也常采用光通信。例如，彼此打旗语，实际上就是利用光进行通信联系，而采取灯光信号来“对话”，那就更算是光通信了。

　　在飞机场，在列车调车场和车站，在城市里的路口处，红、黄、绿、蓝、紫等各色信号灯的变换，是航行和交通的通用语言，是光通信。

　　上述种种，都是比较简单的光通信方式，传送的信息内容是很有限的。

　　激光的出现，使光通信进入了一个崭新的时代。光通信，从光在发送端与接收端之间的传输方式来看，可以分为大气光通信和纤维光通信。

　　大气光通信是将光信号从发送端直接通过大气空间传送到接收端。采用这种方式通信，和无线电通信相似，不需要敷设线路，经济而方便。激光的能量集中，发散角很小，传送几十公里后，光斑直径仅扩大10厘米左右。在此光斑之外收不到光信号，因此保密性很好。但是，光通过大气时会受到大气吸收和散射等影响，能量损失很大，因而通信距离受到了限制。为了解决这一问题，人们选用受大气影响小的激光进行光通信，尽管如此，仍不能得到满意的效果。在一般情况下，大气光通信的距离仅可达到十几公里，最多可达到几十公里。当遇到特别大的雨、雪、雾的时候，光通信将因信号受到严重的衰减而不得不中断。雾的影响最严重，特大雾能使光每公里衰减200分贝，即光信号发射功率经过1公里后被衰减到一万亿亿分之一，这样一来，发射功率1兆瓦，通过1公里大雾后，仅剩下0.00000001微瓦了。因此，在特大雾时，通信距离只有500米。此外，气温变化和大气湍流使空气折射率发生变化，能引起光束抖动，也会严重影响光通信。空间出现的拦截物，如飞鸟、飞机等遮拦光束，也将使光通信中断。总的来看，大气光通信的使用范围有限，仅对于近距离的机动、保密性专用通信具有一定的实用价值。

　　纤维光通信和大气光通信不同，纤维光通信是将发射端的光信号通过光学纤维传输而送到接收端的，因而避免了大气的影响。采用激光光波作为信号的载波，“携带着”信息，通过光学纤维传输，这样的通信方式，通信容量非常大，可同时传送上百亿话路或上千万套电视节目，而且还不怕窃听、不受干扰、不需要有色金属导线，这些都是无线电通信所不可能有的优点。这样的光通信多好啊！

　　纤维光通信，通常称为“光纤通信”。从上述可以看出，光纤通信必须具备两个基本条件：一是，要使光信号能够从发送端传送到接收端，必须有良好的传送光的“导线”，这种“导线”叫做光学纤维或光导纤维。二是，要在发送端将声音或图像转变成光信号，在接收端又将光信号转变成声音或图像，必须有声——光或光——声的变换设备，以及传送光信号的中继设备，这些设备叫做集成光路。

　　光导纤维是怎样传输光的，又是怎样传送图像的？集成光路是一种什么器件，它有什么功能和作用？光纤通信有哪些长处，它的应用前景怎么样？下面一一详细介绍。