神通激光

第一節 現代社會的信使

　　人類的文明，社會的發展，離不開通信。電通信是社會的神經，傳遞著各種各樣的信息。但是，現代工農業生產、科學和軍事的發展，人類生活水平不斷提高和社會交往日益廣泛，對通信的需求和應用的增長速度十分迅猛，於是引來了通信空間的擁護吵鬧。多虧激光來得及時，為人類提供了一個新的發展空間，開拓出更為廣闊的光通信領域……

　　人類積累了數千年生產鬥爭和科學實驗的知識財富，到18世紀、19世紀，科學技術已經有了相當的進步。19世紀30年代發明了電報，19世紀70年代發明了電話。那時候，電報和電話都是利用金屬導線傳輸的，因此，19世紀稱為有線電通信時代。19世紀末，出現了無線電通信技術。1901年，人們利用無線電波實現了從歐洲到美洲橫跨大西洋的電報通信。20世紀20年代，開始采用長波和中波進行無線電廣播，30年代出現了電視。20世紀30年代，短波通信得到廣泛發展。在第二次世界大戰期間，雷達的出現，使超短波和微波技術迅速發展。戰後，微波通信逐步發展起來。不久，無線電通信技術又進入了毫米波階段和微米波階段。

　　從上述情況可以看出，無線電波通信從幾千米的長波，到中波、短波、超短波、微波，進入到毫米波、微米波，再發展向何處去呢？電波通信似乎已經走到“山窮水盡”“走投無路”的境地，然而，現代的生產、科研、軍事和社會的發展，又“步步緊逼”，對通信技術不斷提出新的更高要求……

　　於是，人們想到了光波，決定請光波前來“救駕”——發展光通信。所謂光通信，就是利用光波作為信息的載體來傳送信息的通信技術。

　　早在2000多年前，我們的祖先就已經利用光來傳送信息了。萬裏長城是為了防禦異族入侵而建築起來的，在長城上每隔5公裏左右有一座烽火台。當異族來犯時，白天就在烽火台上點起狼煙，夜間則在烽火台上燃起火光，發出敵人入侵的警報，一台接一台地將煙火點燃起來、傳了開去。

　　在戰場上，也可以見到光通信的實例。例如，夜間用手電筒光打信號，利用紅綠信號彈聯絡和指揮戰鬥。

　　在大海上，艦艇之間或輪船之間也常采用光通信。例如，彼此打旗語，實際上就是利用光進行通信聯係，而采取燈光信號來“對話”，那就更算是光通信了。

　　在飛機場，在列車調車場和車站，在城市裏的路口處，紅、黃、綠、藍、紫等各色信號燈的變換，是航行和交通的通用語言，是光通信。

　　上述種種，都是比較簡單的光通信方式，傳送的信息內容是很有限的。

　　激光的出現，使光通信進入了一個嶄新的時代。光通信，從光在發送端與接收端之間的傳輸方式來看，可以分為大氣光通信和纖維光通信。

　　大氣光通信是將光信號從發送端直接通過大氣空間傳送到接收端。采用這種方式通信，和無線電通信相似，不需要敷設線路，經濟而方便。激光的能量集中，發散角很小，傳送幾十公裏後，光斑直徑僅擴大10厘米左右。在此光斑之外收不到光信號，因此保密性很好。但是，光通過大氣時會受到大氣吸收和散射等影響，能量損失很大，因而通信距離受到了限製。為了解決這一問題，人們選用受大氣影響小的激光進行光通信，盡管如此，仍不能得到滿意的效果。在一般情況下，大氣光通信的距離僅可達到十幾公裏，最多可達到幾十公裏。當遇到特別大的雨、雪、霧的時候，光通信將因信號受到嚴重的衰減而不得不中斷。霧的影響最嚴重，特大霧能使光每公裏衰減200分貝，即光信號發射功率經過1公裏後被衰減到一萬億億分之一，這樣一來，發射功率1兆瓦，通過1公裏大霧後，僅剩下0.00000001微瓦了。因此，在特大霧時，通信距離隻有500米。此外，氣溫變化和大氣湍流使空氣折射率發生變化，能引起光束抖動，也會嚴重影響光通信。空間出現的攔截物，如飛鳥、飛機等遮攔光束，也將使光通信中斷。總的來看，大氣光通信的使用範圍有限，僅對於近距離的機動、保密性專用通信具有一定的實用價值。

　　纖維光通信和大氣光通信不同，纖維光通信是將發射端的光信號通過光學纖維傳輸而送到接收端的，因而避免了大氣的影響。采用激光光波作為信號的載波，“攜帶著”信息，通過光學纖維傳輸，這樣的通信方式，通信容量非常大，可同時傳送上百億話路或上千萬套電視節目，而且還不怕竊聽、不受幹擾、不需要有色金屬導線，這些都是無線電通信所不可能有的優點。這樣的光通信多好啊！

　　纖維光通信，通常稱為“光纖通信”。從上述可以看出，光纖通信必須具備兩個基本條件：一是，要使光信號能夠從發送端傳送到接收端，必須有良好的傳送光的“導線”，這種“導線”叫做光學纖維或光導纖維。二是，要在發送端將聲音或圖像轉變成光信號，在接收端又將光信號轉變成聲音或圖像，必須有聲——光或光——聲的變換設備，以及傳送光信號的中繼設備，這些設備叫做集成光路。

　　光導纖維是怎樣傳輸光的，又是怎樣傳送圖像的？集成光路是一種什麽器件，它有什麽功能和作用？光纖通信有哪些長處，它的應用前景怎麽樣？下麵一一詳細介紹。