神通激光

第四節 遙隔萬裏對麵談

　　電話的發明家、美國科學家貝爾曾做過這樣一個實驗，讓弧光燈發出的穩定的光束照射到話筒的薄膜上，采用一塊拋物麵反光鏡來接收薄膜的反射光，反光鏡便將反射光束投射到矽光電池上。薄膜隨著說話聲音而振動，它的反射光束的變化就反映了說話人聲音的變化規律，於是，矽光電池接收到來自薄膜的反射光之後，就產生一種依說話聲音而變化的光電流。然後，再將這種變化的光電流送給另一頭的聽筒，聽筒便再現出說話人的聲音來。這樣就完成了說話聲音的發送和接收的任務。就這樣，光學電話問世了。

　　光學電話作為一種新型通信工具，曾有過一些實際應用。除了弧光燈外，還采用過鎢絲燈泡，以提高保密性和擴大通信距離。但是，無論哪一種光源，都不是光通信的理想光源，因為常見光源發出的光的頻率和成分複雜，振動方向雜亂，信號調製困難，不適宜作信號的載波；而且，光束散開角度大，既不利於保密又容易造成光損失，加之受到氣象條件的限製，不適宜作長距離通信。

　　激光的出現，使停滯不前的光通信重新振興起來。激光，具有許多異常的特點，引起了人們極大興趣，不僅在工業、農業、軍事和科研各個領域裏迅速應用起來，而且，人們立即就想到了將激光應用到通信方麵來。激光的頻率成分單純，振動方向一致，相位相同，易於調製，是一種理想的光載波。激光的方向性好，光束發散角極小，幾乎是一束平行光束，因而適合於通信使用。

　　激光的出現，使“山重水複疑無路”的通信技術“柳暗花明又一村”。自從電報和電話發明以來，在100多年的時間裏，通信技術發展很快。特別是20世紀60年代以來，半導體技術和電子計算機技術的應用，使電子通信科學技術進入一個新的發展時期，采用了數字傳輸技術、電子計算機控製自動交換技術、大容量海底電纜及衛星通信等新型通信手段，至此，通信技術真可謂應有盡有，十分完備了。但是，生產、軍事、科研和社會的不斷發展，通信及廣播事業也要相應地發展，並要求進一步擴大通信容量。無線電通信已經越來越滿足不了需要，因為空間太擁護了！由於相同和相鄰的頻率相互幹擾，常發生串話，因而在一定地區內各通信係統不能同時采用相同的通信頻率，隻能按頻率高低順序排列，或者將使用同一頻率的時間彼此分開來，因此可用的頻道容量受到限製，影響了通信和廣播事業的發展。激光救了無線電通信的“大駕”，光通信使空間頻率擁護問題迎刃而解。

　　光通信使用的是光波，光波是比無線電波頻率更高的電磁波。由於頻率越高，通信容量越大，因而光波通信最有前途。激光的頻率很高，在1013—1015赫茲之間，比微波還高1000倍！如果每條話路頻帶寬度為4000赫茲，則可同時傳送100億話路；如果每套彩色電視頻帶寬度為10兆赫，則可同時傳送1000萬套電視節目。這是以往任何通信係統都無法比擬的。

　　1963年，英籍華人科學家高錕博士和他的同事，組成了光導纖維通信研究室。1966年7月，高錕和他的同事霍克哈姆發現：一根帶有包層的玻璃纖維，芯線直徑約為一個波長，總直徑約為100個波長。這根纖維可能成為有實用價值的光學波導，具有充當新型通信手段的巨大潛力，信息容量可能超過1000兆赫。他們把製造光導纖維的材料寄托於石英。1966年，美國康寧公司的莫勒領導的電子光學小組研究矽材料。1970年9月，莫勒在倫敦召開的電氣工程師學會微波波導會議上宣布，他和他的兩位同事凱克、舒爾茨采用二氧化鈦做摻雜劑，試製成功一根對0.63微米的氦氖光波波長的損耗為每公裏20分貝的單模光纖。這是世界上第一根可用於傳輸光信號的光導纖維。

　　以後幾年內，各國研究人員在繼續降低光纖損耗、提高激光光源可靠性及製造低損耗光纖連接器等方麵，做出了不懈的努力。1976年上半年，在美國喬治亞州的亞特蘭大，第一套長60英裏的多模光纖通信係統宣告誕生。到了1979年，光纖通信係統就已經大規模投入使用，至此，現代光通信方式誕生了。

　　光波是波長很短的電磁波。光導纖維雖然極細，但它的直徑卻是它所傳導的光波波長的十幾倍至幾十倍，在這樣的情況下，光導纖維實際上就等於電磁波的導管，小小的光波在這樣“寬敞”的光波導管裏“流過”，因此，光導纖維又被稱為光波導。光導纖維用於光通信，給光通信帶來了極大的便利。

　　光導纖維通信具有如下優點：

　　1、容量巨大，效率極高。激光作為載波，理論上可以傳輸100億話路。就目前水平而言，一根細細的光導纖維，一般可以通幾百至幾千話路，有的可以通幾十萬話路。而且，由於光導纖維很細，直徑不到100微米，幾百根纖維組成的光纜也隻有1厘米左右，因此，一根根細細的光纜包含幾十根、幾百根纖維，通信容量和通信效率非常大。

　　2、不怕幹擾，穩定可靠。激光在光導纖維中傳輸，不怕工業強電和雷電的幹擾；激光在光導纖維中又不會泄漏，因而也不會發生互相幹擾。

　　3、不用密碼，保密性強。無線電通信要靠密碼保密，有線電通信易於泄漏和竊聽，而光纖通信的光信號不會泄漏出去，極難於竊聽。

　　4、性能良好，使用方便。光導纖維不是用金屬材料製造的，而是用矽、玻璃等非金屬材料製成的，抗腐蝕、耐高溫、不怕潮、不怕震，並且具有輕細可彎的特點，安裝和敷設等都非常經濟方便。

　　5、原料豐富，節約金屬。製造光導纖維的矽、玻璃等材料都是大自然中蘊藏豐富、易於製取的，並且纖維很細，用料很少，而不像普通的電線那樣需要大量的鋁、銅等有色金屬。例如：拉製幾萬公裏長的單模細纖維，僅僅需要約1公斤超純玻璃；而製造100公裏長的1800路中同軸電纜，卻需要銅12噸、鉛50噸。

　　光導纖維通信有這樣多的長處，各國都大力進行研究和應用，發展異常迅速。

　　在我國，光纖通信於20世紀90年代首先在一些城市市內通信和中距離通信中投入使用。1990年春，大秦鐵路西段光纜數字通信係統通過鑒定，各項指標達到總體設計要求，這是我國最早開通使用的最長距離鐵路實用光纜數字通信係統，實現了我國鐵路開通使用長途幹線單模長波長光纜數字傳輸係統及長距離光纖數字基層區段通信係統，為我國光通信係統的應用積累了寶貴經驗。之後，我國的大容量光通信，各城市之間暢通無阻長途直拔通話，異常迅速地發展起來。目前，我國光通信無論是網絡規模，還是設備先進程度或技術應用水平，均達到了與世界先進水平同步。從光通信產業的整體來看，光通信領域已是我國高科技與世界一流水平距離最近的領域，已完全達到與世界通信潮流同步。

　　目前，可視電腦網絡交談通信，不但彼此能看到對方的音容笑貌，還能相互展示手中的照片及其他東西，那就是靠激光作為聲音和圖像的載波，能過大容量的寬帶光纖通信係統實現的。當你在電腦互聯網上和親人朋友親切“會麵”聊天時，不要忘記，那是激光做“紅娘”、光纖搭“鵲橋”的功績。

　　可視電話和可視電腦網絡交談通信相似，也是靠大容量的光纖通信係統實現的。在通話時，同樣的，不但彼此能看到對方的音容笑貌，還能相互展示手中的照片及其他東西。親人遙隔千萬裏，就像相聚在一起一樣。可視電話不僅可以用於通信，還可以用於電話會議、醫療會診、指揮生產等。

　　光纖通信在有線廣播電視方麵也是大有可為的。利用光纜構成電視網，能夠傳送幾百套幾千套電視，使人們可以隨意選擇收看各種各樣的電視節目，而且這種電視不受地形地物障礙的影響。此外，還可以迅速及時地傳送電視報紙，可以進行電視教學。這就是人們常說的“有線寬帶電視信息網絡”。

　　許多光纖通信設備已經在艦艇、飛機上安裝使用。光纖通信係統有利於減輕負重，縮小占用艦艇、飛機裏麵的空間位置，又能避免幹擾。特別是，對於高速戰鬥機來說，去掉1公斤電纜也是有益於整機性能的。

　　專家們認為，家庭安裝光纜取代自從電話發明以來一直使用的銅電話線，會產生新一代靈巧的家用電器，把電視、電話、計算機和傳真機及其他聲像信息設備結合在一起，發揮更大的作用。光纜將大大增加向家庭傳入並由家庭輸出的聲音、圖像和數據量，使人類進入一個嶄新的信息社會。

　　關於光通信、互聯網，信息存儲和處理下麵還要詳細介紹。

　　§§第五章 神奇的光腦