《人类科学技术史-410》光纤通信

光通信历史久远。中国古代很早就使用烽火报警。西周时期的"烽火戏诸侯"就是一个非常著名的历史典故。公元前490年，古希腊人曾用盾牌反射日光进行光通信，并曾用火光接力的办法传递胜利的消息。

近代以来，人们对光通信进行了许多研究。贝尔(1847-1922)在发明电话后4年，于1880年又发明了光电话。此后，光电话又有所发展。但光通信远没有无线电通信发展迅速。其原因在于：1.没有找到象无线电波那样的相干光频电磁波；2.光波在大气中传播易受气候影响。

本世纪60-70年代，激光和光导纤维相继出现，使上述两个关键技术问题迎刃而解。激光以其独特的良好性能，成为运载信息的理想工具。光导纤维则为光传播提供了适宜的通路。

激光刚一诞生，人们立即用它进行无线电通信试验，但结果并不如意。于是人们转向光的有线通信研究。

早在1854年，英国的丁铎尔(1820-1893)就提出，利用光的全反射原理可以进行光的传输。1927年，英国的贝尔德提出了用石英纤维作摄像传递装置的专利。1930年，德国人兰姆发现光可沿着透明弯曲的石英纤维传输。这为以后的光导纤维传输激光提供了依据。但由于技术水平所限，这一阶段的光导纤维传输光的性能很差，光在其中衰减很快，传不了几米。

1951年，英国的霍布金斯等人利用柔性玻璃纤维，制成了医用纤维内窥镜。它可以把人体内部的信息通过玻璃纤维送到体外。这在光纤通信方面前进了一步。

在光纤通信发展中做出卓越贡献的是英籍华人高锟博士。从1963年开始，经过三年探索，他和同事霍克亥姆共同发表了"光波介质表面波导"的论文，指出光信号在玻璃纤维中损耗太大的原因在于其中含有过量的金属离子。他们认为，通过减少金属离子的含量并改进拉丝工艺提高材料均匀性，是可以用光纤进行激光通信的。这一思想对以后光纤通信的实现产生了重要影响。为此高锟获得了1979年度的国际伊利申通信奖。

1970年，美国康宁公司的莫若利用高强度的二氧化硅材料研制出衰减为每公里20分贝的光纤，使光纤技术有重大突破，接近了实用阶段。恰好在这一年，适用光纤通信的光源半导体激光器问世。这两项技术的进展对光纤通信的实现具有决定性意义。此后，光纤技术迅速发展，1972年达到每公里衰减4分贝，1976年则为每公里0.47分贝。

1975年，美国贝尔实验室的莱因哈特和洛根发明了加工处理光信号的集成光路，使光纤通信向实用迈进了一步。

1976年，世界上首次光缆通信试验在美国亚特兰大城获得成功。其传输距离达10公里，可进行672路电话同时通话。1977年，日本进行了60公里光纤通信试验，每8公里设一个中继站。这次试验用的是8根光纤制成的光缆，每根光纤可通480路电话。1979年，法国光缆电视试验成功。同年，欧洲第一条光缆线路在原联邦德国开通，通信距离为15.4公里。1980年2月，英国在苏格兰西海岸波因湖中铺设了长9.5公里的海底光缆试验系统。光缆由6根光纤组成，总容量为6000话路。

80年代开始，光纤通信进入了实用阶段。1982年，英国的3600公里多模光纤线路全部开通营业。1983年，美国在东西岸各铺设了一条光纤通信线路。1984年，日本建立了北海道札幌-九洲福岗的光纤通信干线。当今世界上，日本的光纤通信研究和生产技术最为先进。90年代初，国际上出现的综合服务数字网，能通过光纤为用户提供传真、数据通信等各种媒体的综合通信服务。

中国于1972年开始研究光纤通信技术。1976年，研制成低损耗多模光纤。1978年，在上海铺设了一条1.8公里的光纤通信线路。从1986年开始，铺设了北京-天津-沈阳-哈尔滨全长1500公里的光纤通信线路，同时还铺设了南京-汉口-重庆全长2500公里的光纤通信线路。到90年代初，中国建成的光纤通信线路已达到1万多公里。

光纤通信从诞生至今，已经向第三代光纤通信系统发展。第一代是由短波长(0.8-0.9微米）光源和石英多模光纤组成的光纤通信系统，已经进入成熟阶段，中小容量、中短距离光纤通信系统已得到广泛应用。第二代光纤通信系统以长波长(1.3-1.5微米）光源和单模光纤为代表。1985年，第二代光纤通信的研究已基本结束，其技术开始成熟，并已在中等距离的通信线路上使用。目前第三代光纤通信系统成为研究热点。它以超长波长(2微米以上）和外差光纤通信系统为代表，具有很大容量，传输距离可达数千公里，能用于洲际通信。目前第三代光纤通信系统发展非常迅速。