信息社会的神经——光纤

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  早在13世纪,古希腊和威尼斯的工匠们在吹制玻璃器皿时,就发现了光沿着玻璃管传播的现象,但未能引起人们的重视.直到19世纪电通讯的文明使人们大开眼界的时候,人们才开始思考能不能利用光进行通讯呢?这是一个既古老又新鲜的问题.讲古老,是因为人们利用光传递信息早已有之,古代的烽火台,河流上的航标灯,船舰的旗语,日常人们的手势语等都是在利用光交流信息.讲新鲜,是上述各项光通讯都是在人的视力范围内进行的,能不能利用光像电波那样远距离传播信息呢?这的确是吸引人的新课题.
  1872年,在英国皇家学会大厅内,著名英国物理学家丁达尔做了一个有趣的实验:在一个盛满水的容器侧壁钻一个小孔,水从小孔喷射到地上,这时在容器上面放一盏灯,结果有部分光线会随着水流从小孔流出,沿水流射到地面,在地面上形成光斑.丁达尔的实验再现了古希腊和威尼斯工匠们看到的现象,它深刻地启示人们:光可以在同种媒质内沿曲线传播.这与电荷沿弯曲导线传播不是非常类似吗?1880年,电话发明家贝尔研制利用光波作为载体的光电话成功,但是传播距离只有213 m,不能满足实际需要.
  为什么光电话传不远?这是因为光在传输中损耗太快.例如在透明度最好的光学玻璃中,光传播1 000 m后,就会减弱到原来的1/100,所以光衰减是个大难题.1966年,生于上海的英籍华人科学家高锟博士,根据无线电的波导通信原理,首次论证了利用光纤可以长距离传输光波的概念,提出了降低光纤传输损耗的途径和方法.这是光纤通信理论的重大突破.所谓光纤,就是用某种透明物质制成细线构成缆芯,外面再加包层,一般包层物质折射率小于缆芯物质的折射率,这样光从缆芯射向包层界面时,在一定条件下光就会从界面完全反射回缆芯,沿着缆芯传播.1970年,英国康宁玻璃公司马勒博士,根据高锟理论,用石英玻璃制成了世界上第一根符合通信要求的光导纤维.从此光纤通信开始了突飞猛进的发展.人们称高锟博士为“光纤之父”,这是我们炎黄子孙对人类文明的又一卓越贡献.
  光纤通信最诱人的地方是它有巨大的通信容量.所谓通信容量,是指对于同一系统,能同时进行多少个不同的通信活动.一根比头发丝还细的光纤,可以传输几万路电话或几千路电视.一般光通信的容量要比电通信大10亿倍.光纤能以高于铜缆1 000倍的速率传送高清晰度的图像和数据,一对玻璃光纤可以在1 min内传输全套大英百科全书的内容.所以人们称光纤是信息高速公路,还有人称它是信息社会的神经.
  光纤通信不仅容量大,而且保密性好.信息不会泄露,不会相互干扰,也不会受到外界强磁场或电场的影响.它的经济效益也是惊人的.光纤的主要材料是极普通的石英,几克石英就可以制造1 000 m长的光导纤维.一条八根光纤组成的1 000 m长的光缆,取代同样长度的电缆,就能节约铅3.7 t,铜1.1 t.
  随着集成光路技术的迅速发展,人们可以直接把声音转换成光信号,通过扫描,可以直接把图像转变成光信号,一并传输出去,实现全光通信.美国从1994年开始利用光纤建立全国“信息高速公路”,迎接信息多媒体时代的到来,引发了一场深刻的信息革命.自1978年在上海建成第一条光纤通信实验线路,我国目前已经建成30多条光纤通信线路.我国建成了从北京到广州再延伸到南宁、海口,纵贯南北途径8个省会,22个地市的京汉广通信光缆,全长4 700 km,名列世界前茅.我国航天通信传输也广泛采用光缆系统,取得了容量大,传输畅通,图像清晰,色彩逼真的效果.上海工程技术人员研制成功MG—1型海缆埋设系统,顺利完成了中日海底通信光缆中国一侧90 km光缆埋设任务,达到世界先进水平,打破了国外垄断地位.如今光缆宽带网已经广泛进入政府、学校、企业、军队、社区和家庭,真正发挥着信息高速公路的作用.未来几年我国计划建成32 000 km光缆干线,形成以光缆为骨干的现代化通信网络,要逐步成为信息技术强国.
  
  责任编辑 蔡华杰
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