通信高速公路——漫谈光通信

光通信的历史可以追溯到数千年前，古代烽火台即是运用光进行通信的例子。后来欧洲人发明了扬旗通信方式，用旗语来传送信息。当时， 从巴黎到土伦的 760 公里路程上，设立了 120 个中继站，全程传达旗语所要的时间为 10～20 分钟，比当时任何交通工具都快得多，一直到莫尔斯 1835 年发明了电报以后，这种光通信方式才慢慢退出历史舞台，这一段历史时期是光通信的原始阶段，也称之为“目视光通信”。

第二个阶段是初始的光电传输，发明电话机的美国学者亚历山大·格雷厄姆·贝尔在 1880 年进行了光电话实验。如图 46 所示，太阳光或强

光光源发出的光被第一面镜子（反射镜）反射，通过透镜 1 后聚光到第二面镜子上，人的嘴对准橡胶管前面的送话口，一发出声音，对面的第二面镜子（振动镜）就振动而发生形变。因此，引起光的反射系数发生变化，从而使光受到调制。这种已调制的反射光通过透镜 2 变成平行光束向右边射出，在接收端由抛物面形的镜子把光会聚到焦点上，焦点上放有一硒管，硒的电阻随光的强弱而变化，从而改变了跟电池相连的电路的电流，受话器就能再生出声音。

在这次实验中，使用太阳光最远能跟相距 213 米处的人通话。后来用弧光灯代替太阳光进行了实验，虽然通信距离延长了，但还只限于几公里。所以，在贝尔的光电实验以后很长一段时间，光通信技术只是在军队中有少量应用，并未真正普及。这是因为，首先没有合适的光源， 自然光不具备无线电波那样的频率单一，方向性强的优点。一般人都有经验，即使是方向性较强的探照灯光，经过一段距离后，光线就散开了， 不再按一条直线传输；其次，光波在大气层中的传输受气候的影响很大， 遇上雨、雾、雪等天气，光在大气中的传输将受严重影响，传输的距离很短。

由于以上两个原因，光通信自从贝尔实验之后一直没有太大进展。但是以光进行通信仍是通信科学家孜孜以求的，尤其是物理学家麦克斯韦尔揭示光的本质乃是一种频率很高（1014 赫兹）的电磁波之后，根据通信理论，通信容量与电磁波频率成正比例增大，无线电微波通信的频率一般为 1010 赫兹左右，而光波的频率比微波的频率大 1 万倍，相应地， 光通信容量也要比微波通信的容量大 1 万倍，如果说微波通信只能传 100 路电话的话，光通信则可传输 100×10000＝1000000 路电话，这是一个何等诱人的目标呀！虽然，光通信仍存在很大困难，但是，总有许多不畏困难的人在为征服这片处女地而艰苦奋斗。

时间前进到本世纪 60 年代，转机出现了。首先是激光的出现解决了上述两个问题中的光源问题。激光是基于原子、分子内能变化制造出的光波振荡器，它的振荡原理完全不同于一般无线电波振荡器。它产生频率单一的光波，这种光波可以类似无线电波那样受人工控制。1960 年， 第一台红宝石激光器诞生，以后气体激光器和半导体激光器都被陆续制造出来了，激光器进入了实用阶段。由于光通信的光源问题得到了解决， 更大地激发了

想利用光进行通信的人们的士气。只要再解决了光的传输受气候影响的问题，光通信就可以实现了。说到这，有必要提到一位英国华裔科

学家高锟（现任香港中文大学校长），在 1966 年，从理论上论证了光导纤维作为光波传输手段的可能性，被尊称为“现代光通信之父”。数年后，美国拉制出了第一根可实用的光纤，证实了高锟的预言。所谓光纤， 就像电线是电走的线路一样，光纤是光走的线路，有了光纤，光的传输不再在大气层中进行，而是在光纤中进行传输。这样，影响光通信的第二个问题——气候问题也得到了解决。因此，从本世纪 70 年代开始，光通信在世界上掀起了一阵热潮，1976 年日本的茨城研究所拉制出了每公里损耗只有 0.2 分贝的光纤，接近了光纤损耗的理论极限。