光纤通信

1870年,英国物理学家廷德尔在实验中观察到:把光照射到盛水的容器内,从出水口向外倒水时,光线也沿着水流传播,出现弯曲现象,这好象不符合光只能直线传播的定律。实际上,这时光仍是沿直线传播,只不过在水流中出现了光反射现象,因而光是以折线方式前进的。

简单地说,光纤通信也就是运用光反射原理,把光的全反射限制在光纤内部,用光的信号取代传统通信方式中的电信号。

廷德尔观察到的现象,直至1955年才得到实际应用。当时在英国伦敦帝国学院工作的卡帕尼博士,发明了用极细的玻璃制做光导纤维。每根细如发丝的光导纤维是用两种对光的折射率不同的玻璃制成,一种形成中央心束线,另一种包在心束线外面形成包层。由于两种玻璃在光学性质上的差别,光线以一定角度从光导纤维的一端射人后,不会从纤维壁逸出,而是沿两层玻璃的界面连续反射前进,从另一端射出。最初,这种光导纤维只是应用在医学上,用来改进内窥镜。当时使用的光纤,光损耗率非常大,为每公里几千分贝,因而应用范围受到限制。

1960年,在英国标准通信公司实验室工作的英籍华裔科学家高昆博士和霍克姆博士指出:只要去除玻璃中的杂质,使其对光的吸收减到最小,就可以利用光导纤维进行远距离光信息传输。并提出做光通信的光导纤维的衰减率须小于每公里20分贝。

1970年,美国柯林玻璃公司研制出第一根光损耗为每公里20分贝的低损耗光导纤维,拉开了光导纤维应用于光通信的序幕。柯林公司经多年努力,利用先进的技术,已能制出很纯、很均匀的玻璃纤维,使进入光纤的光信号,在强度减半前可行进10多公里。

光导纤维的制造技术在迅速发展,光纤的光衰减率逐年降低。到1979年,1.5微米波长的最低光损耗率可达每公里0.2分贝。有了如此高质量的光导体,就可以减少对于价格昂贵的增幅器的需求。光纤通信与目前通用的电气通信相比有许多优越之处。光纤通信的通信容量比电气通信大100倍,  一根比头发丝还细的光纤可传输几万路电话或几千路电视。制造光导纤维的原料是地球上取之不尽的石英,只要几克石英就能制出一公里长的光纤。因而用光纤代替普通金属导线可以节约大量宝贵的有色金属铜和铅。光纤的重量很轻,8根光纤做成的光缆,每公里仅重约60公斤,而同样数量的普通电缆则有4吨重。光导纤维的传输损耗低,因此中继站距离长。一般同轴电缆通信,每隔1.5公里就要设一个中继站:而光纤通信的中继站,距离可超出10公里。这就意味着采用光纤通信系统的投资可大大降低。另外,光纤通信还具有抗干扰、无污染、保密性强等优点。

光纤通信确是一种理想的通信手段。自1977年5月,美国电报电话公司在芝加哥市内两个电话局间开通了世界上第一条光纤通信线路以来,世界上已有很多国家开始及发展光纤通信,美、日、英、法等8国已宣布,今后敷设长途通信干线不再使用电缆而改用光缆了。

中国的光纤通信事业起步虽晚,但发展很快。自1978年,在上海铺设了第一条长1.8公里可传送120路电话的光纤通信线路后,很多大城市也积极地开展了这项工程建设。目前,中国最长的一条大容量光缆干线通信工程在京、津、济、宁之间建成,这条干线全长1484公里,可容纳12000条话路,并实现与沪宁和东南沿海光缆通信工程连接,大大改善中国东部沿海地区的通信条件。

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