在全球網(wǎng)絡(luò)建設(shè)如火如荼的今天，大到國(guó)家信息高速公路，小到光纖入戶(hù)，現(xiàn)代的信息科技已經(jīng)和光通信技術(shù)到了難解難分的程度。設(shè)想一下，如果沒(méi)有光通信技術(shù)，我們將沒(méi)有辦法享受到上網(wǎng)看電影的樂(lè)趣，也享受不到3G、4G，以及5G移動(dòng)通信帶來(lái)的各種便利。也就是說(shuō)沒(méi)有光通信技術(shù)的發(fā)展，就沒(méi)有我們現(xiàn)在舒適、便利的互聯(lián)網(wǎng)生活。由此我們不禁要問(wèn)，光通信技術(shù)是如何到來(lái)的？我國(guó)的光纖又有著怎樣的發(fā)展故事？?

　　說(shuō)到通信技術(shù)，其實(shí)我國(guó)很早以前便有了利用烽火臺(tái)進(jìn)行通信的方法。再到后來(lái)，還有了可以遠(yuǎn)距離觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡，航海時(shí)使用的旗語(yǔ)，以及馬路上使用的交通紅綠燈等工具，這些都被人們用來(lái)傳遞信號(hào)或者消息。?

　　但不論是烽火臺(tái)、望遠(yuǎn)鏡，還是交通燈，它們都是光通信的不同形式，都可以利用大氣來(lái)傳播可見(jiàn)光，再由人眼來(lái)接收光，獲得其中表達(dá)的含義。也正因?yàn)槿绱?，我們才?huì)對(duì)它們?nèi)绱说厥煜ぃ墒沁@些并不是真正意義上的光通信，真正強(qiáng)大的光通信應(yīng)該是光纖通信。在這里，我們需要知道，光通信指的是一切利用光作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱(chēng)；而光纖通信則是單純地依靠光纖來(lái)傳送信息的通信方式。?

　　今天，我們要說(shuō)的主題便是光纖通信，但在此之前，我們先來(lái)聽(tīng)聽(tīng)光纖是怎么被發(fā)現(xiàn)的。?

　　1870年，英國(guó)物理學(xué)家廷德?tīng)栐趯?shí)驗(yàn)中觀察到，把光照射到盛水的容器內(nèi)，從出水口向外倒水時(shí)，光線(xiàn)也沿著水流傳播，出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，這看起來(lái)好像不符合光只能直線(xiàn)傳播的定律。實(shí)際上，這時(shí)的光線(xiàn)仍然是沿直線(xiàn)傳播的，只不過(guò)在水流中出現(xiàn)了光反射現(xiàn)象，因而光是以折線(xiàn)的方式前進(jìn)。?

　　廷德?tīng)栍^察到這種的現(xiàn)象，直至1955年才得到實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)時(shí)在英國(guó)倫敦英國(guó)學(xué)院工作的卡帕尼博士，發(fā)明了用極細(xì)的玻璃制成的光導(dǎo)纖維。每根細(xì)如發(fā)絲的光導(dǎo)纖維是用兩種對(duì)光的折射率不同的玻璃制成，一種玻璃形成中央中心束線(xiàn)，另一種包在中心束線(xiàn)外面形成包層。由于兩種玻璃在光學(xué)性質(zhì)上的差別，光線(xiàn)經(jīng)一定角度從光導(dǎo)纖維的一端射入后，不會(huì)從纖維壁逸出，而是沿兩層玻璃的界面連續(xù)反射前進(jìn)，從另一端射出。?

　　因此，對(duì)于光纖，我們可以認(rèn)為它是一種由玻璃或塑料制成的纖維，利用光在這些纖維中以全內(nèi)反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗?dǎo)工具。光纖很細(xì)且容易折斷，一般封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。?

　　最初，這種光導(dǎo)纖維只是應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，用光纖束組成內(nèi)窺鏡，可以觀察人體腸胃內(nèi)的疾病，協(xié)助醫(yī)生及時(shí)做出確切的判斷，但這種光導(dǎo)纖維衰減損耗很大，只能傳送很短的距離，大約只有一米左右。?

　　光的損耗程度是用每千米多少分貝為單位來(lái)衡量的。直到20世紀(jì)60年代，最好的玻璃纖維的衰減損耗仍在每千米1000分貝以上。這也就意味著無(wú)論如何，這個(gè)時(shí)期的光纖都不可能應(yīng)用在通信方面。因此，當(dāng)時(shí)有很多科學(xué)家和發(fā)明家認(rèn)為用玻璃纖維通信希望渺茫，紛紛失去了信心，放棄了光纖通信的研究。?

　　就在這種情況下，出生上海的高錕博士，通過(guò)在英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室所作的大量研究的基礎(chǔ)上，對(duì)光波通信提出了一個(gè)大膽的設(shè)想。他認(rèn)為，既然電可以沿著金屬導(dǎo)線(xiàn)傳輸，光也應(yīng)該可以沿著導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。?

　　1966年7月，高錕就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有重大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每千米1000分貝降低到每千米20分貝，從而有可能用在通信等方面。這篇論文使許多國(guó)家的科學(xué)家受到鼓舞，加強(qiáng)了為實(shí)現(xiàn)低損耗光纖而努力的信心。?

　　到了1970年，世界上第一根低損耗的石英光纖被成功地研制出來(lái)，達(dá)到了每千米只有20分貝的傳輸損耗。隨著國(guó)外光纖的研究利用，我國(guó)也開(kāi)始了低損耗光纖和光通信的研究工作。?

　　對(duì)光纖通信研制來(lái)說(shuō)，有了政策和單位的支持，只是萬(wàn)里長(zhǎng)征走了第一步。要知道，在當(dāng)時(shí)我國(guó)比較落后的生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件下，哪一個(gè)都是空白，都需要自力更生去解決、去突破、去攻關(guān)。不過(guò)，我國(guó)的科研人員并沒(méi)有氣餒，而是不斷地進(jìn)行鉆研學(xué)習(xí)，最終在20世紀(jì)70年代中期成功研制出了低損耗光纖和室溫下可連續(xù)發(fā)光的半導(dǎo)體激光器。?

　　此外，我國(guó)還于1979年分別在北京和上海建成了市話(huà)光纜通信試驗(yàn)系統(tǒng)，這比世界上第一次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)只晚兩年多。這些成果成為中國(guó)光通信研究的良好開(kāi)端，并使中國(guó)成為了當(dāng)時(shí)少有的幾個(gè)擁有光纜通信系統(tǒng)試驗(yàn)段的幾個(gè)國(guó)家之一。?

　　完成了材料和設(shè)備的研制并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后，接下來(lái)就是實(shí)用光纖線(xiàn)路的架設(shè)了。1981年9月，我國(guó)決定在武漢建立一條光纜通信實(shí)用化系統(tǒng)，想要通過(guò)實(shí)際使用，完成商用試驗(yàn)以定型推廣。?

　　與研制過(guò)程中的試驗(yàn)線(xiàn)路相比，這項(xiàng)工程最突出的困難有兩個(gè)：一是線(xiàn)路長(zhǎng)，要求光纖必須大批量生產(chǎn)；二是在長(zhǎng)距離傳輸中光纖可能面臨損壞，需要及時(shí)查找修復(fù)。畢竟，光纖無(wú)論是懸于空中，還是埋于地下，難免會(huì)發(fā)生意外出現(xiàn)斷裂。面對(duì)這些困難，我國(guó)的工程師們一次次不分晝夜地生產(chǎn)光纖、隨叫隨到地檢修線(xiàn)路。終于在1982年12月31號(hào)，中國(guó)光纖通信的第一個(gè)實(shí)用化系統(tǒng)按期全線(xiàn)開(kāi)通，正式進(jìn)入武漢市市話(huà)網(wǎng)，標(biāo)志著中國(guó)進(jìn)入光纖數(shù)字化通信時(shí)代。?

　　隨著“武漢光纜通信工程”的成功完成，我國(guó)又先后完成了數(shù)十項(xiàng)由短及長(zhǎng)的光纖通信架設(shè)工程。其中，1993年完成的北京到武漢再到廣州的“京漢廣工程”，全長(zhǎng)3046公里，是當(dāng)時(shí)我國(guó)也是世界上最長(zhǎng)的架空光纜通信線(xiàn)路，這項(xiàng)工程跨越北京、湖北、湖南、廣東等6省市。它的開(kāi)通，不僅有效緩解了京漢廣沿線(xiàn)的通信線(xiàn)路緊張狀況，也對(duì)疏通全國(guó)光纖通信線(xiàn)路起到了很好的調(diào)節(jié)作用。?

　　如果我們用人體血液循環(huán)系統(tǒng)來(lái)做比喻，那么“京漢廣工程”就相當(dāng)于光纖通信線(xiàn)路的大動(dòng)脈，要把光纖通信深入到每個(gè)城市和鄉(xiāng)村，實(shí)現(xiàn)光纖入戶(hù)，還需要建立數(shù)量龐大的分支動(dòng)脈、小動(dòng)脈和毛細(xì)血管網(wǎng)。?

　　如此一來(lái)，單靠全國(guó)為數(shù)不多的幾家單位生產(chǎn)相關(guān)材料和設(shè)備顯然是不夠的，必須加強(qiáng)光纖和光電產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；M(jìn)而使我國(guó)的光纖產(chǎn)業(yè)得到了鍛煉和加強(qiáng)，最終成為世界光纖制造大國(guó)。?

　　值得注意的是，在大力發(fā)展光纖產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，我國(guó)光通信技術(shù)的研發(fā)工作也并沒(méi)有松懈，而是取得了很多突破性進(jìn)展。?

　　2019年2月，我國(guó)科研人員首次實(shí)現(xiàn)1.06?Pbit/s超大容量單模多芯光纖光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，通俗一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一根光纖上近300億人同時(shí)通話(huà)，它的成功標(biāo)志著我國(guó)在“超大容量、超長(zhǎng)距離、超高速率”光通信系統(tǒng)研究領(lǐng)域邁向了新的臺(tái)階。?

　　根據(jù)專(zhuān)家的介紹，這次實(shí)驗(yàn)采用的傳輸介質(zhì)是我國(guó)自主研制的一種單模19芯的特種光纖，相比此前單模7芯光纖，傳輸能力增強(qiáng)了很多，傳輸容量是目前商用單模光纖傳輸系統(tǒng)最大容量的10倍，可以在1秒之內(nèi)傳輸約130塊1TB硬盤(pán)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。相比2017年實(shí)現(xiàn)的560Tb/s的光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，容量幾乎倍增，而在材料上，這次實(shí)驗(yàn)采用的也是我國(guó)自主研發(fā)的硅基材料芯片。?

　　總的來(lái)說(shuō)，光通信作為主要通信網(wǎng)，不論是互聯(lián)網(wǎng)，還是移動(dòng)通信等信息，都需要通過(guò)基站收集后給光通信系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，隨著未來(lái)數(shù)據(jù)通信的爆炸式增長(zhǎng)，現(xiàn)有基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)壓力將越來(lái)越大，因此這次實(shí)驗(yàn)的突破為我國(guó)光通信的發(fā)展緩解了數(shù)據(jù)傳輸壓力，為5G時(shí)代的到來(lái)做了充分的準(zhǔn)備。?



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