劉晨

上一期，我向大家介紹了古代光通信的幾種方式。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，人類使用的光通信技術(shù)也在不斷向更先進(jìn)、更完善的方向發(fā)展。

到了近代，光通信出現(xiàn)了兩種較先進(jìn)的方式：一是光電話，二是透鏡波導(dǎo)光波傳輸系統(tǒng)。

什么是光電話？

首先，我們來看什么是電話。其實(shí)早在公元968年，中國人便發(fā)明了一種叫“竹信”的東西。它由兩個(gè)小竹筒和連接竹筒的繩子組成，可以讓使用它的兩個(gè)人小聲通話，被認(rèn)為是電話的雛形?，F(xiàn)在，我們使用的普通電話是用電磁波傳遞信息。電話的發(fā)明離不開美國發(fā)明家亞歷山大·格拉漢姆·貝爾的貢獻(xiàn)。

一次，貝爾在做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：當(dāng)電荷定向流動(dòng)和停止流動(dòng)時(shí)，螺旋線圈會(huì)發(fā)出噪聲，就像電報(bào)機(jī)發(fā)送莫爾斯電碼時(shí)一樣發(fā)聲。他聯(lián)想到如果使電流的強(qiáng)度產(chǎn)生變化，模擬出人講話時(shí)聲波的變化，那么不就可以用電流傳送聲音了嗎？

于是，貝爾開始研究電磁學(xué)，進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)。1878年，他在美國波士頓和紐約之間進(jìn)行了首次長途電話試驗(yàn)，兩地相距300多千米，試驗(yàn)獲得成功。此后，電話很快得到廣泛應(yīng)用。

1880年，貝爾又發(fā)明了光電話。這種電話不用普通電磁波，而是用光作為載體傳送語音。它是現(xiàn)代光通信的雛形。

如上圖，貝爾將弧光燈的光束投射在話筒的振動(dòng)片上，因聲波帶動(dòng)振動(dòng)片而得到強(qiáng)弱變化的反射光束。貝爾的光電話和烽燧通信一樣，都是以大氣作為光通道，光傳輸易受氣候影響，傳送信息的距離不是很遠(yuǎn)。

針對(duì)光電話的不足，人們一次次進(jìn)行光波地下傳輸試驗(yàn)，后來發(fā)明了透鏡波導(dǎo)光波傳輸系統(tǒng)：在金屬管道內(nèi)每隔一定距離放一個(gè)聚焦透鏡，使光在管道中不斷地邊聚焦邊向前傳輸。由于現(xiàn)場施工十分復(fù)雜，每個(gè)聚焦透鏡需要被嚴(yán)格校準(zhǔn)和牢固安裝，系統(tǒng)造價(jià)高，后期調(diào)整、測試和維修很困難，所以這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用意義不大。

但是，該系統(tǒng)對(duì)光纖通信的發(fā)展還是有貢獻(xiàn)的，因?yàn)楣鈱?dǎo)纖維的導(dǎo)光原理與透鏡波導(dǎo)光波的原理基本相似，只是前者構(gòu)思更巧妙、使用更合理。

1960年5月16日，美國人梅曼發(fā)明了紅寶石激光器。它的輸出功率為10000瓦，發(fā)出的激光強(qiáng)度大約為太陽光強(qiáng)度的1000萬倍。激光是光波，也具有電磁波的性質(zhì)，在通信領(lǐng)域內(nèi)是一種理想的載體。它的出現(xiàn)，給光通信帶來了新希望。

不過，起初的研究并不順利。科學(xué)家進(jìn)行了大氣激光通信實(shí)驗(yàn)，但沒有找到性質(zhì)穩(wěn)定和低損耗的傳輸介質(zhì)。直到高錕從事光導(dǎo)纖維在通信領(lǐng)域內(nèi)如何應(yīng)用的研究并取得重大成果，光纖通信才進(jìn)入大眾的視野。

光纖通信是用激光作為信息的載體，并通過光導(dǎo)纖維來傳遞信息的通信系統(tǒng)，其原理其實(shí)很簡單——光的全反射原理。

何謂光的全反射？它是指光由光密介質(zhì)（此介質(zhì)的折射率大）射到光疏介質(zhì)（此介質(zhì)的折射率?。┑慕缑鏁r(shí)，全部反射的現(xiàn)象。而在一般情況下，光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面時(shí)，既有反射光（返回原介質(zhì)），又有透射光（射入另一介質(zhì)）。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X、手機(jī)、IP電話等的通信方式就是光纖通信，它們連接至地區(qū)通信網(wǎng)、國家通信網(wǎng)、全球通信網(wǎng)，使地球村得以形成。沒有光纖通信，就不可能有當(dāng)代的通信工具，我們的生活也不可能如此便捷。

那么，光纖通信具體是如何發(fā)明的？在發(fā)明光纖通信的過程中，有哪些有趣的故事呢？小讀者們，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注本欄目下一篇《現(xiàn)代光通信》。