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神通激光 §第一节 现代社会的信使

人类的文明,社会的发展,离不开通信。电通信是社会的神经,传递着各种各样的信息。但是,现代工农业生产、科学和军事的发展,人类生活水平不断提高和社会交往日益广泛,对通信的需求和应用的增长速度十分迅猛,于是引来了通信空间的拥护吵闹。多亏激光来得及时,为人类提供了一个新的发展空间,开拓出更为广阔的光通信领域……

人类积累了数千年生产斗争和科学实验的知识财富,到18世纪、19世纪,科学技术已经有了相当的进步。19世纪30年代发明了电报,19世纪70年代发明了电话。那时候,电报和电话都是利用金属导线传输的,因此,19世纪称为有线电通信时代。19世纪末,出现了无线电通信技术。1901年,人们利用无线电波实现了从欧洲到美洲横跨大西洋的电报通信。20世纪20年代,开始采用长波和中波进行无线电广播,30年代出现了电视。20世纪30年代,短波通信得到广泛发展。在第二次世界大战期间,雷达的出现,使超短波和微波技术迅速发展。战后,微波通信逐步发展起来。不久,无线电通信技术又进入了毫米波阶段和微米波阶段。

从上述情况可以看出,无线电波通信从几千米的长波,到中波、短波、超短波、微波,进入到毫米波、微米波,再发展向何处去呢?电波通信似乎已经走到“山穷水尽”“走投无路”的境地,然而,现代的生产、科研、军事和社会的发展,又“步步紧逼”,对通信技术不断提出新的更高要求……

于是,人们想到了光波,决定请光波前来“救驾”——发展光通信。所谓光通信,就是利用光波作为信息的载体来传送信息的通信技术。

早在2000多年前,我们的祖先就已经利用光来传送信息了。万里长城是为了防御异族入侵而建筑起来的,在长城上每隔5公里左右有一座烽火台。当异族来犯时,白天就在烽火台上点起狼烟,夜间则在烽火台上燃起火光,发出敌人入侵的警报,一台接一台地将烟火点燃起来、传了开去。

在战场上,也可以见到光通信的实例。例如,夜间用手电筒光打信号,利用红绿信号弹联络和指挥战斗。

在大海上,舰艇之间或轮船之间也常采用光通信。例如,彼此打旗语,实际上就是利用光进行通信联系,而采取灯光信号来“对话”,那就更算是光通信了。

在飞机场,在列车调车场和车站,在城市里的路口处,红、黄、绿、蓝、紫等各色信号灯的变换,是航行和交通的通用语言,是光通信。

上述种种,都是比较简单的光通信方式,传送的信息内容是很有限的。

激光的出现,使光通信进入了一个崭新的时代。光通信,从光在发送端与接收端之间的传输方式来看,可以分为大气光通信和纤维光通信。

大气光通信是将光信号从发送端直接通过大气空间传送到接收端。采用这种方式通信,和无线电通信相似,不需要敷设线路,经济而方便。激光的能量集中,发散角很小,传送几十公里后,光斑直径仅扩大10厘米左右。在此光斑之外收不到光信号,因此保密性很好。但是,光通过大气时会受到大气吸收和散射等影响,能量损失很大,因而通信距离受到了限制。为了解决这一问题,人们选用受大气影响小的激光进行光通信,尽管如此,仍不能得到满意的效果。在一般情况下,大气光通信的距离仅可达到十几公里,最多可达到几十公里。当遇到特别大的雨、雪、雾的时候,光通信将因信号受到严重的衰减而不得不中断。雾的影响最严重,特大雾能使光每公里衰减200分贝,即光信号发射功率经过1公里后被衰减到一万亿亿分之一,这样一来,发射功率1兆瓦,通过1公里大雾后,仅剩下0.00000001微瓦了。因此,在特大雾时,通信距离只有500米。此外,气温变化和大气湍流使空气折射率发生变化,能引起光束抖动,也会严重影响光通信。空间出现的拦截物,如飞鸟、飞机等遮拦光束,也将使光通信中断。总的来看,大气光通信的使用范围有限,仅对于近距离的机动、保密性专用通信具有一定的实用价值。

纤维光通信和大气光通信不同,纤维光通信是将发射端的光信号通过光学纤维传输而送到接收端的,因而避免了大气的影响。采用激光光波作为信号的载波,“携带着”信息,通过光学纤维传输,这样的通信方式,通信容量非常大,可同时传送上百亿话路或上千万套电视节目,而且还不怕窃听、不受干扰、不需要有色金属导线,这些都是无线电通信所不可能有的优点。这样的光通信多好啊!

纤维光通信,通常称为“光纤通信”。从上述可以看出,光纤通信必须具备两个基本条件:一是,要使光信号能够从发送端传送到接收端,必须有良好的传送光的“导线”,这种“导线”叫做光学纤维或光导纤维。二是,要在发送端将声音或图像转变成光信号,在接收端又将光信号转变成声音或图像,必须有声——光或光——声的变换设备,以及传送光信号的中继设备,这些设备叫做集成光路。

光导纤维是怎样传输光的,又是怎样传送图像的?集成光路是一种什么器件,它有什么功能和作用?光纤通信有哪些长处,它的应用前景怎么样?下面一一详细介绍。

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