神通激光

第四节 遥隔万里对面谈

　　电话的发明家、美国科学家贝尔曾做过这样一个实验，让弧光灯发出的稳定的光束照射到话筒的薄膜上，采用一块抛物面反光镜来接收薄膜的反射光，反光镜便将反射光束投射到硅光电池上。薄膜随着说话声音而振动，它的反射光束的变化就反映了说话人声音的变化规律，于是，硅光电池接收到来自薄膜的反射光之后，就产生一种依说话声音而变化的光电流。然后，再将这种变化的光电流送给另一头的听筒，听筒便再现出说话人的声音来。这样就完成了说话声音的发送和接收的任务。就这样，光学电话问世了。

　　光学电话作为一种新型通信工具，曾有过一些实际应用。除了弧光灯外，还采用过钨丝灯泡，以提高保密性和扩大通信距离。但是，无论哪一种光源，都不是光通信的理想光源，因为常见光源发出的光的频率和成分复杂，振动方向杂乱，信号调制困难，不适宜作信号的载波；而且，光束散开角度大，既不利于保密又容易造成光损失，加之受到气象条件的限制，不适宜作长距离通信。

　　激光的出现，使停滞不前的光通信重新振兴起来。激光，具有许多异常的特点，引起了人们极大兴趣，不仅在工业、农业、军事和科研各个领域里迅速应用起来，而且，人们立即就想到了将激光应用到通信方面来。激光的频率成分单纯，振动方向一致，相位相同，易于调制，是一种理想的光载波。激光的方向性好，光束发散角极小，几乎是一束平行光束，因而适合于通信使用。

　　激光的出现，使“山重水复疑无路”的通信技术“柳暗花明又一村”。自从电报和电话发明以来，在100多年的时间里，通信技术发展很快。特别是20世纪60年代以来，半导体技术和电子计算机技术的应用，使电子通信科学技术进入一个新的发展时期，采用了数字传输技术、电子计算机控制自动交换技术、大容量海底电缆及卫星通信等新型通信手段，至此，通信技术真可谓应有尽有，十分完备了。但是，生产、军事、科研和社会的不断发展，通信及广播事业也要相应地发展，并要求进一步扩大通信容量。无线电通信已经越来越满足不了需要，因为空间太拥护了！由于相同和相邻的频率相互干扰，常发生串话，因而在一定地区内各通信系统不能同时采用相同的通信频率，只能按频率高低顺序排列，或者将使用同一频率的时间彼此分开来，因此可用的频道容量受到限制，影响了通信和广播事业的发展。激光救了无线电通信的“大驾”，光通信使空间频率拥护问题迎刃而解。

　　光通信使用的是光波，光波是比无线电波频率更高的电磁波。由于频率越高，通信容量越大，因而光波通信最有前途。激光的频率很高，在1013—1015赫兹之间，比微波还高1000倍！如果每条话路频带宽度为4000赫兹，则可同时传送100亿话路；如果每套彩色电视频带宽度为10兆赫，则可同时传送1000万套电视节目。这是以往任何通信系统都无法比拟的。

　　1963年，英籍华人科学家高锟博士和他的同事，组成了光导纤维通信研究室。1966年7月，高锟和他的同事霍克哈姆发现：一根带有包层的玻璃纤维，芯线直径约为一个波长，总直径约为100个波长。这根纤维可能成为有实用价值的光学波导，具有充当新型通信手段的巨大潜力，信息容量可能超过1000兆赫。他们把制造光导纤维的材料寄托于石英。1966年，美国康宁公司的莫勒领导的电子光学小组研究硅材料。1970年9月，莫勒在伦敦召开的电气工程师学会微波波导会议上宣布，他和他的两位同事凯克、舒尔茨采用二氧化钛做掺杂剂，试制成功一根对0.63微米的氦氖光波波长的损耗为每公里20分贝的单模光纤。这是世界上第一根可用于传输光信号的光导纤维。

　　以后几年内，各国研究人员在继续降低光纤损耗、提高激光光源可靠性及制造低损耗光纤连接器等方面，做出了不懈的努力。1976年上半年，在美国乔治亚州的亚特兰大，第一套长60英里的多模光纤通信系统宣告诞生。到了1979年，光纤通信系统就已经大规模投入使用，至此，现代光通信方式诞生了。

　　光波是波长很短的电磁波。光导纤维虽然极细，但它的直径却是它所传导的光波波长的十几倍至几十倍，在这样的情况下，光导纤维实际上就等于电磁波的导管，小小的光波在这样“宽敞”的光波导管里“流过”，因此，光导纤维又被称为光波导。光导纤维用于光通信，给光通信带来了极大的便利。

　　光导纤维通信具有如下优点：

　　1、容量巨大，效率极高。激光作为载波，理论上可以传输100亿话路。就目前水平而言，一根细细的光导纤维，一般可以通几百至几千话路，有的可以通几十万话路。而且，由于光导纤维很细，直径不到100微米，几百根纤维组成的光缆也只有1厘米左右，因此，一根根细细的光缆包含几十根、几百根纤维，通信容量和通信效率非常大。

　　2、不怕干扰，稳定可靠。激光在光导纤维中传输，不怕工业强电和雷电的干扰；激光在光导纤维中又不会泄漏，因而也不会发生互相干扰。

　　3、不用密码，保密性强。无线电通信要靠密码保密，有线电通信易于泄漏和窃听，而光纤通信的光信号不会泄漏出去，极难于窃听。

　　4、性能良好，使用方便。光导纤维不是用金属材料制造的，而是用硅、玻璃等非金属材料制成的，抗腐蚀、耐高温、不怕潮、不怕震，并且具有轻细可弯的特点，安装和敷设等都非常经济方便。

　　5、原料丰富，节约金属。制造光导纤维的硅、玻璃等材料都是大自然中蕴藏丰富、易于制取的，并且纤维很细，用料很少，而不像普通的电线那样需要大量的铝、铜等有色金属。例如：拉制几万公里长的单模细纤维，仅仅需要约1公斤超纯玻璃；而制造100公里长的1800路中同轴电缆，却需要铜12吨、铅50吨。

　　光导纤维通信有这样多的长处，各国都大力进行研究和应用，发展异常迅速。

　　在我国，光纤通信于20世纪90年代首先在一些城市市内通信和中距离通信中投入使用。1990年春，大秦铁路西段光缆数字通信系统通过鉴定，各项指标达到总体设计要求，这是我国最早开通使用的最长距离铁路实用光缆数字通信系统，实现了我国铁路开通使用长途干线单模长波长光缆数字传输系统及长距离光纤数字基层区段通信系统，为我国光通信系统的应用积累了宝贵经验。之后，我国的大容量光通信，各城市之间畅通无阻长途直拔通话，异常迅速地发展起来。目前，我国光通信无论是网络规模，还是设备先进程度或技术应用水平，均达到了与世界先进水平同步。从光通信产业的整体来看，光通信领域已是我国高科技与世界一流水平距离最近的领域，已完全达到与世界通信潮流同步。

　　目前，可视电脑网络交谈通信，不但彼此能看到对方的音容笑貌，还能相互展示手中的照片及其他东西，那就是靠激光作为声音和图像的载波，能过大容量的宽带光纤通信系统实现的。当你在电脑互联网上和亲人朋友亲切“会面”聊天时，不要忘记，那是激光做“红娘”、光纤搭“鹊桥”的功绩。

　　可视电话和可视电脑网络交谈通信相似，也是靠大容量的光纤通信系统实现的。在通话时，同样的，不但彼此能看到对方的音容笑貌，还能相互展示手中的照片及其他东西。亲人遥隔千万里，就像相聚在一起一样。可视电话不仅可以用于通信，还可以用于电话会议、医疗会诊、指挥生产等。

　　光纤通信在有线广播电视方面也是大有可为的。利用光缆构成电视网，能够传送几百套几千套电视，使人们可以随意选择收看各种各样的电视节目，而且这种电视不受地形地物障碍的影响。此外，还可以迅速及时地传送电视报纸，可以进行电视教学。这就是人们常说的“有线宽带电视信息网络”。

　　许多光纤通信设备已经在舰艇、飞机上安装使用。光纤通信系统有利于减轻负重，缩小占用舰艇、飞机里面的空间位置，又能避免干扰。特别是，对于高速战斗机来说，去掉1公斤电缆也是有益于整机性能的。

　　专家们认为，家庭安装光缆取代自从电话发明以来一直使用的铜电话线，会产生新一代灵巧的家用电器，把电视、电话、计算机和传真机及其他声像信息设备结合在一起，发挥更大的作用。光缆将大大增加向家庭传入并由家庭输出的声音、图像和数据量，使人类进入一个崭新的信息社会。

　　关于光通信、互联网，信息存储和处理下面还要详细介绍。

　　§§第五章 神奇的光脑