從狼煙到光纖

用光傳遞信號在我國有幾千年的歷史了，古代邊關的烽火臺，就是用狼煙來傳遞報警信號的，這個狼煙也實際上是利用了光信號。

17世紀到19世紀，由于電的廣泛應用，人們利用電報、電話等通訊，進入了電訊時代。但利用光傳遞信號的方法，一直沒有被人們遺忘。電話的發明者貝爾就設計過一種光學電話，他用弧光燈發出的光信號照射在話筒的薄膜上，由于薄膜隨聲音的振動而振動，其反射光束的變化就反映了聲音的變化規律，接受端用一個大型的拋物面反射，把接受到的變化光束照射到硅光電池上，轉化成電信號傳送到聽筒，使聽筒發聲。由于當時沒有理想的光源，又缺少良好的傳輸介質，而使這一設想沒有得到實際應用和推廣。直到20世紀60年代激光問世，由于激光具有很好的單色性、很高的方向性、很明顯的相干性，并且能夠高度地集中能量和易于調制，用其作為光信號的發射和載波是最理想的。而用什么材料作為光信號的傳遞介質呢？通過科學家們的努力，找到了我們現在廣泛應用的光導纖維——光纖。

光纖是一種由柔軟的玻璃、塑料或液芯所制成，對光具有穿透能力的細絲，一般直徑為幾微米，甚至小于1微米。光導纖維這個名詞是1956年由卡帕尼首先提出的，它的發展歷史卻可以追溯到19世紀70年代。當時有一位叫丁達爾的英國科學家，觀察到光線沿彎曲的水柱傳播的現象后，預言“光能沿彎曲的通道傳送出去，就像電能夠沿著彎曲的電線傳送出去一樣”。50年后，德國科學家拉姆用可以彎曲的石英纖維代替了丁達爾的水柱，實現了光信號的傳遞。接著，在1953年荷蘭人范希爾首先制成了有涂層的玻璃光導纖維，為光導纖維的發展奠定了基礎。后來，光導纖維面板以及各種低損耗、低色散的光導纖維相繼問世。為光學信息的傳遞創造了理想的介質。

光纖通信的原理是：把發光功率穩定的激光器發出的激光，射入調制器，同時把要發送的電信號也輸入調制器，這就相當于把隨聲波變化的電信號加到光載波的振幅、強度、頻率、位相以及偏振狀態隨話音的變化而變化，這就是光調制。經過調制的信號稱為光信號，這種光信號經過光導纖維傳至遠方。接收端再通過解調，把光信號還原成為電信號或聲信號，而為人們所接收。

直到1970年美國的柯寧玻璃公司制造出損耗率為每千米16分貝的光導纖維以后，光纖通訊才開始成為現實。由于光導纖維有通訊容量大、抗電磁干擾、保密性好、體積小、重量輕等優點，在軍事上得到了廣泛的應用，不論是軍事通訊還是艦載系統、軍用機載、航天系統、雷達和電子對抗設備、導彈武器系統以及在核環境中，都用光纖代替了以往的電纜。在艦載上，光纖聲納傳輸系統的出現是十分引人注目的，以光纖代替笨重而又占地方的電纜，對于空間有限的潛艇來說更為寶貴，同時也減少了在艇身和艙壁上打孔的數目，降低了費用，提高了性能。光纖數據傳輸技術應用于航天，代替金屬電纜，不僅增加了航天飛機上電子設備的耐久性，還提高了抗噪音能力。過去的雷達與控制中心是用電纜連接，由于電纜的體積和重量大，嚴重限制了雷達與控制中心的距離不得超過400英尺；用光纖取代后，不僅增大了距離，減少了損耗，而且充分保障了工作的安全性。在核環境下工作的電子設備會常常遇到電磁脈沖和核輻射的危險，輕者會使測量出現誤差，重者損壞儀器。作為電介質材料的光纖，恰好具有良好的抗電磁干擾和電磁脈沖的特性，并且有較好的抗輻射性能，所以現在的核環境下的控制系統都是采用的光纖連接。

編輯/劉鵬