七 信息社会的基础 1.构筑信息高速公路的材料

有人把工业化以后的社会叫做信息社会。在信息社会里，获取和拥有信息就和拥有科学技术和资本一样重要，或者说，信息就是资产。因而，信息的迅速传播就成为十分重要的事情，因为信息如同新闻，过时了就失去价值； 信息也包含商业情报、科技资料，迟到了就会造成重大的经济损失。

各国政府都十分重视信息现代化。美国最先提出了“信息高速公路”的构想，日本、欧洲也都作了规划和对策。所谓信息高速公路就是光通讯网络， 它以激光作为信息载体，光导纤维作光的传输通道；计算机作为信息处理和显示的工具。网络以巨型电子计算机为中心，用光纤把众多的办公室和千家万户联系在一起，每个用户都有一台电脑，称为终端，用户可以从终端输入和得到各种信息。现在需要花许多时间奔走的事情，在电子计算机前很快就可以解决。信息在光导纤维里以光速奔驰，这种信息高速公路，实际上就是光导纤维。

光导纤维也称光纤，纤芯是石英玻璃细丝，纤芯外面是玻璃包层，外面再包以聚合物包皮，形成单根光纤。也有由多根光纤胶合在一起，再套上塑料套管制成的光缆。使用时可以像电缆一样埋在地下或架设在电杆上。激光在光纤芯中传导，碰到包层时会折射回到纤芯里去，曲折前进。评价光纤性能的最重要指标是传输损耗。顾名思义，传输损耗是激光在光纤里传输的过程中由于透射、散射，被吸收而造成的光损失。传输损耗越小，光纤中的光就传播得越远。传输损耗的大小主要取决于纤芯的特性，也跟包层性质，纤芯与包层间的结合方式有关。

最先提出将光纤作为光通讯传输介质的是美籍华裔科学家高焜，他在1966 年从理论上证明，如果排除光导纤维中的有害杂质、光的传输能力就会大大提高，可能用于激光通讯。此后，各国研究者都力求提高纤芯纯度，降低传输损耗。到 1970 年，美国康宁公司用高纯度石英制取光纤取得突破，首

次制得传输损耗 20 分贝/千米的套层光纤。这意味着信号在光纤中传输时的损失与电信号在同轴电缆中传输时损失相当，可以进入实用阶段。一根光纤可以同时传输 150 万路电话和 2 万套电视节目，远远超过同轴电缆，光纤的实用化意味着通讯技术的革命。因此这项突破引起世界的极大重视和关注， 鼓舞人们进一步努力降低光纤的传输损耗，结果每过二三年，光纤的传输损耗就下降一个数量级，到 70 年代末，石英光纤最低传输损耗记录达到 0.047 分贝/千米。激光通讯技术也随之迅速推广应用，光纤取代电缆，石英玻璃丝代替了铜线，光纤成为高技术产业而迅速发展起来。

由于光信号在传输过程中因损耗而减弱，在光纤通讯线路中每隔一定距离，就必须建立中继站把光纤中的信号放大，使激光有能力继续前进。设立中继站又增加了设备和费用，使通讯成本增加，因此，最好的办法还是降低光纤的传输损耗，可以增加中继站间的距离，减少中继站的个数，降低传输费用。对于跨越大洋的光纤通讯来说，最理想的是用无损耗光纤，不设中继站，一步跨过大洋，无论如何，在大洋中设立中继站，建设和管理都是很麻烦的事。

目前中继站间的距离（称无中继距离）为数十公里，日本曾经宣布他们

的无中继传输距离达到 300 公里。

光纤的特性与光纤的化学成份、纯度、结构有关。光纤的原料是无水石英玻璃，它是从石英（砂子）制得的，光纤的化学成份是二氧化硅，铁、钴、铬、镍等金属杂质的含量小于十亿分之一。在拉制纤维的过程中，要尽量减少纤维表面的氢、氧离子残留。

化学成份对光纤性能影响很大，微量过渡金属离子就会改变光纤传输性能。如稀土金属镧添加氟化镧能把光纤的传输损耗降到 0.001 分贝/千米。因此，控制原料的化学成份，在光导材料的制备中非常重要。

造成光纤传输损耗的原因有光吸收和光散射等。因为光吸收造成的损失，目前这方面的工作已经接近极限。要进一步降低损耗，例如铺设跨洋光缆要用超低损耗光纤，就必需增加激光的工作波长。因为瑞利散射的强度和光波长的四次方成反比，增加激光波长可以大幅度降低瑞利散射。现在正在开发红外光纤，用红外激光做传输介质，红外光纤的原料主要是重金属氟化物玻璃。

塑料光纤有质轻、柔韧耐折、容易连接、价格便宜等优点，缺点是传输损耗大。用重氢化的有机玻璃可以把损耗降低到 20 分贝/千米。重氢化就是用氢的同位素重氢（氘）来取代氢，这样一来价格就上去了。另外有报导说， 日本已有技术生产出传输损耗接近石英光纤的塑料光纤。由于塑料光纤有价格低廉的优势，在短距离传输、广告、装饰和仪器等场合还可以派上用场。