《我所认识的光纤通信40年.docVIP

简述光纤通信的发展 中国古人运用烽火来传递信息，光信号的历史至少可以上溯到2000多年前。烽火的信号传递距离大约在十米级，而40多年前诞生的光纤通信方式已将万米级别的信号传输是现在日常生活中。一根玻璃纤维材质、比头发丝更细的光纤，替代铜线而成为长距离通讯线路——这使得今天的人能够跨大洋同时分享互联网的头条信息，文本、图像、视频的方式都一样无损而同步。只有当因为地震等意外因素导致海底光缆损坏的时候，办公室中才会发生打开国外网站速度变慢、无法登录msn等问题。在这个时候，非通信专业的人们才会隐约意识到光纤这种只有几十年历史的新材料的重要性。“我最希望未来的网络用户能够免费上网”，光纤之父高锟一语提醒互联网时代的人们，其实我们就一直身处在通信方式革新的黄金时期。 理论先行：谁都不相信的设计 时间回到1960年代，那是现代社会和技术同时剧烈变化的时代。在1960年代，电脑进入家庭成为个人用品、利用光波作为载波来传送信息，都仍处在不关乎实际的想象阶段中。 光纤之所以能实现远距离信息传输的新时代，其基本原理在于光线的全反射现象。当光线从一种介质进入另一种介质，比如从空气进入水中、从空气进入玻璃中， 一般情况下都会发生折射和反射现象。若以垂直于两种介质接触面的法线为标准，则入射光与它形成的角度称为入射角。这样则反射角与入射角相等，折射角与介质的折射率有关。当在光密介质中传播的光线以很大的入射角射入光疏介质时， 只要这个入射角大到一定程度，这束光线将完全反射回来，而不再有折射光进入光疏介质。这就是光线的全反射现象，而这个入射角的具体大小取决于两种介质的折射率。 早在1870年，英国人J 0 h nTyndal l就在一本书中写到了光的全反射现象。他这样描述，当光线从空气传播入水中，折射光发生一定角度的弯曲。当光束从水中进入空气，折射光有一定角度弯曲。在从水中射向空气的光束其入射角大于48度的时候，这束光将不再有离开水的现象而完全从临界面反射回来。并且Tyndal1总结出了三种物质的这个临界角：水的临界角度是48。27’，火石玻璃的临界角度是38。41’，钻石的临界角度是23。42’。 只要能找到合适的材料，应用这种材料的全反射特性，就能让一束光不断地在其中反射而直至它传播到指定的地点。1 9 6 3年，日本东北大学的科学家西泽润一(J．Ni shi zawa)提出了用玻璃纤维作材质来进行远距离传输， 同时他也成功发明了相应的设备。几乎同时，英国籍科学家高锟(c．K．KA0)也正在进行低损耗光纤传输的研究。他在此后一两年问，从理论上指出，只要从材质上实现每千米2 0 dB的衰减，就能用光纤进行远距离的信号传播。 但是当高锟先生拿这个设想向相关业界推销的时候，专家们几乎一致表示不可行。因为在1960年代，即使用最好的导体，光波在其中传播20米就只剩下百分之一，这样就根本没法实现终端的接收和信号通讯。高锟拜访了通讯领域权威的贝尔实验室，表示愿意出售专利权，对方也不看好这一项技术。还有许多其他研究所也一样。高锟在屡遭否决之后并未放弃，直到1970年从事玻璃制造的康宁公司(c 0／-n i n gGlass Works)接受了他的想法，并开始着手研制以玻璃为材质的光纤。 幻想成真：光波用于远程通讯 1966年，高锟与霍克哈母 (C．K．HOCKHAM)发表了关于利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径的论文，这一论断成为了后来的远程光纤通信的奠基石。1970年代，美国康宁公司 (Corning Glas s Works)的专家们制成了原材料为钛掺和石英玻璃的光纤，它的衰减率是i7dB／km。又经过几年的探索，以二氧化锗为核心的光纤也被研制出来，它的衰减率为4dB／km。在光纤研制取得重大突破的同时，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年代成为了长程光纤梦想照入现实的年代。此后以半导体激光器为光源，以石英光纤作为光的传输介质，以半导体光电二极管作为接收器件的光源通信系统迅速发展起来。 1976年还有一个里程碑式的事件。美国亚特兰大(ATLANTA)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场实验，系统采用GAALAS激光器作为光源，多模光纤为传输介质，速率为44.7Mb／S，传输距离约10k m。这一次的现场实验，标志着光纤通信从基础研究跨向商业应用的阶段。此后，光纤通信技术不断发展：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85um发展到1.31um和1.55um，传输速率也大大增加。 第二代光纤通讯在1980年代被成功开发投入商用，它的工作波长为1.3um级别，使用InGaASP半导体激光器。1981年，单模光纤的研发广受期待，它将大幅提高光纤系统的工作性能。到1987年，这些系统已能