1966年,曾在英國工作過的美籍華裔科學家高錕(1933~)博士,發表了世界上第一篇有關光纖通信的論文《介質纖維表麵光頻波導》——他和同事何克漢在1965年寫成,引起了全世界的極大重視。所以,他成了“光纖之父”。當然,光纖通信的創始人至少還應算上華人高煜、黃嘉賓等人。
那麼,用什麼材料來做光纖——激光的載體呢?
當然,人們首先想到了舉目皆是的玻璃。
於是,在1968年,英國標準電信實驗室開始了用玻璃纖維傳送激光的試驗。從此,兩種新型激光通信係統勃然而興。
必須說明的是,在許多人的“邏輯推理”中,細如發絲的玻璃纖維一定是容易斷裂的——因為連大尺寸的玻璃製品也容易“粉身碎骨”。這種觀點是完全錯誤的。事實上,把一根玻璃棒熔融後拉成和它長短一樣的許多根玻璃纖維,一定比原有玻璃棒更能承受更大的拉力。主要用這個道理製成的物品俯拾皆是:起重用的鋼繩、斜拉或懸索橋的綱纜、粗的尼龍繩。都用“多股線”製成。
但是,玻璃纖維損耗過大,信號隻能在近距離傳輸。於是,尋找損耗小的光纖,就成為科學家們至今還在進一步探索的任務。
1970年,美國康寧玻璃公司首先采用氣相沉積法,以二氧化矽拉製出長200米、光耗為20分貝/千米的石英(在地球上的儲量豐富)光纖——世界上第一根對光纖通信有實用價值的單模光纖。
1968年,美國敷設了第一條光纖通信線路。
1976年,美國佐治亞州亞特蘭市利用光纜通信成功,672路電話同時通話。此後,日本、法國、英國等國家都實現了光纖通信。
……
光纖通信的設備一般由光源、光調製器、發射裝置、傳輸裝置、接受裝置及檢測、解調器等組成。
光纖由折射率高的內芯和折射率低的塗料構成,它的直徑非常小,大約從幾微米到100微米,連同它外麵的保護塗層隻有一根頭發那樣粗。用它承載激光完成通信,具有如下優點:輕小、強度高、易敷設,傳輸損耗低,材料資源豐富、成本低、係統建造費用省,不導電、不受電磁幹擾、能承受惡劣環境影響。例如,它的低傳輸損耗,就使傳輸效率比電纜通信高出10億倍以上。
光纖通信還具有特大的通信容量。用一對像頭發絲那樣粗細的光纖,就可以傳送150萬路電話和2千路電視。用它代替密如蛛網般的電信線路,可以使遠隔萬裏的千百萬人同時相互打電話、發電報,傳輸數據、圖像、圖表……假如用100多根光纖組成光纜,雖然還沒有一枝普通的兒童蠟筆粗,但一秒鍾內即可逐字傳遞200本書的內容。據人們估計,未來光纖的傳送能力至少比目前增加1 000倍。
光纖的發明,帶動了通信領域內的革命。特別是在互聯網上,如果沒有光導纖維構築寬頻帶大容量的高速通道,互聯網隻能停留在理論的設想上。
人們還設想,未來的光纖通信將利用一種新穎的攝像機,將攝取的圖像經過處理直接轉換成光信號,同時聲音也可以通過聲——光轉換器直接變為光信號。那時的電信設備可能會從通信係統中消失,電就隻是作為一種能源來使用了。那時,電話、電視、電傳、電報將分別變成“光話”、“光視”、“光傳”、“光報”……
此外,科學家一直在設想,有朝一日可以操縱分子來生產顯微鏡下才能看得見的機器或具有異乎尋常性能的新型材料。這一設想在2003年有了突破性進展。美國IBM公司開發了一項能使碳納米管發光的技術,從而為新型光纖技術鋪平了道路。
總之,整個通信技術將發生一次劃時代的變革,一個奇妙的“光通信”——國際上稱為“夢想的通信”的時代就會到來!
我們在為光纖通信這個得意之作自豪無比的時候,一個發現使我們始料不及。
在深邃海洋底部生活的低等動物海綿身上,早已武裝了被人類視為高新科學技術的產品——海綿的光纖係統。它生長在海綿身體的四周,是由一些半透明薄膜構成的骨針。
過去,科學家以為這些骨針隻是支撐海綿的身體和防禦天敵。哪知骨針良好的導光性能,和現代光纖材料異曲同工。一生都為生存抗爭的海綿,目的很簡單:用自己的光纖設備,為與它們共生的綠海藻多提供一點亮光,以吸引更多的綠海藻到自己身邊“安營紮寨”,從而爭取到更多的藻類食物。綠海藻也有所得,它們可以從海綿的光纖那裏得到自身需要的光能——要知道被陽光忘卻的黑暗海底,獲得能量很困難。