風雅的智慧——琴棋書畫詩酒花

2. 超大容量的光纖有線通信

　　1876 年， 貝爾在美國發明了電話機， 使相距很遠的兩個人能夠直接對話。當你用電話機通話時， 要對著話筒講話。話筒內有一個膜， 它隨著你講話的聲音振動， 從而使電話線中的電流出現了大小強弱的變化， 電流變化情況與聲音變化情況相似。變化的電流通過電話線到達對方的聽筒。聽筒內有一個電磁鐵， 磁鐵外麵有一個薄鐵片， 電流通過電磁鐵上的線圈。當電流的大小變化時， 電磁鐵的磁性強弱也隨之變化。電流大時， 電磁鐵的磁性強， 吸引薄鐵片的力大。電流減小時， 電磁鐵的磁性也減小， 吸引薄鐵片的力也小。當電流大小變化時， 薄鐵片受到的吸引力也隨之變化， 產生振動。薄鐵片振動產生了聲音， 這個聲音與你對著話筒講話的聲音是相似的。我們現在用的電話機， 大多數都是按照這個原理製造的。

　　過了4 年， 也就是1880 年， 貝爾又進行了利用光進行通信的試驗。他利用一個反射鏡， 把太陽光射到話筒的振動膜片上。人對著話筒談話， 振動膜隨人的聲音振動， 從振動膜反射的光發生強弱的變化。用儀器把反射光搜集起來傳輸到接收機。在接收機上安有一個喇叭形狀的反射鏡和光電轉換裝置， 能將接收到的光轉換成相應的電流。當電流通過聽筒內電磁鐵的線圈時， 可轉換成聲音。貝爾的這個試驗引起了很大的轟動， 但是由於太陽光的成份很複雜， 傳輸光的技術又沒有過關， 所以沒有在實際中應用。

　　1960 年， 人們研製成功了一種新的光源――激光器。從激光器射出的激光是很細的激光束。激光束的能量集中， 很亮， 成份單純， 隻沿一個方向傳播。激光的出現， 使人們再一次研究利用光進行通信的可能性。

　　光可以在真空中傳播， 也可以在空氣、玻璃等物質中傳播。光在真空中沿直線傳播。在透明的玻璃中， 光可以不斷在玻璃界麵反射， 沿玻璃的彎曲方向傳播。根據這個道理， 人們做出了光導纖維， 實現了光纖通信。

　　光纖是光導纖維的簡稱， 它是一種很純的玻璃纖維絲。光纖分為纖芯和包層兩個部分。纖芯的直徑為8 微米至50 微米， 包層的直徑為100 微米至500 微米， 整個光纖的粗細與頭發絲的粗細差不多。為了保護光纖不受損害， 在包層的外邊還有一層塑料塗層。

　　進行光纖通信時， 先要把聲音加在激光器上， 使激光器發出的激光帶有聲音的信號。當激光射入光纖的纖芯後， 沿直線向前傳播， 在纖芯與包層的交界麵上發生反射。光被反射後仍沿著直線傳播， 到達纖芯與包層的交界麵時再次被反射。由於纖芯與包層的材料不完全一樣， 激光在界麵反射時， 幾乎完全被反射回纖芯， 所以用光纖通信時的能量損失很小， 射入光纖的激光絕大部分都能沿纖芯傳播， 到達接收器。在接收器上有一個光電轉換裝置， 能把按收到的激光轉換為相應的電信號， 使聽筒中的膜片振動發出聲音， 這聲音與加在激光器上的聲音相同。

　　光纖通信具有十分明顯的優點。首先是光纖通信的容量非常大。從理論上講， 一根光纖可以同時容納100 億對電話通話。如果在地球的東半球、西半球之間拉一根光纖， 可以讓兩個半球的每個人都與另一半球的一個人通話， 相互之間不幹擾。這個優點對於現代通信網、高速信息公路的建設十分重要。

　　第二是可以節省大量金屬。過去的電話線是用銅、鋁等金屬製成的， 而光纖是用石英製成的。石英就是我們通常所見的砂子， 化學名字是二氧化矽。將普通的砂提純加工成光纖， 代替貴重的銅、鋁， 當然十分有利。

　　第三是通信效果好、質量高。光纖是絕緣體， 不導電。在光纖中傳播的是光， 不是電。所以通信時不受外界的電磁幹擾， 不會被敵方竊聽， 適於在有危險的環境中， 存在強電磁幹擾的條件下使用。

　　第四是體積小、重量輕、易彎曲。這個優點不但有利於通信線路的鋪設與維護， 而且特別適用於像飛機、艦艇、坦克這樣對重量和體積要求比較高的設施。

　　現代社會和現代戰爭， 要求通信時不能“占線”， 任何時候都能立即接通。這個要求隻有光纖通信可以做到。例如， 國防部要與各省、各軍兵種保持密切聯係， 若用金屬電話線， 需要上萬甚至幾十萬根， 難度相當大。如改用光纖， 隻需少量幾根至多幾十根就可以了。