我们现在之所以能够通过电脑、移动设备体验到便利的互联网生活,还得感谢光纤通信的发展。但大部分人可能都不知道光纤是如何被发明的,又是如何被电信工程师选中成为通信传输介质的。
芯天下根据网上资料,整理出一篇关于光纤通信简史,请各位看官了解一下。
1841年,Daniel Colladon和Jacques Babinet这两位科学家做了一个简单的实验:
在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲。光居然被弯弯曲曲的水俘获了。这是为什么呢?难道光线不是直线传输吗?
这一现象,叫做光的全内反射作用。即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多次全反射向前传播。
1880年,亚历山大·贝尔(Alexander Graham Bell)发明了“光话机”。贝尔将太阳光聚成一道极为狭窄的光束,照射在很薄的镜子上,当人们发出声音的“声波”让这面薄镜产生振动时,“反射光”强度的变化使得感应的侦测器产生变动,改变“电阻”值。而接收端则利用变化的“电阻”值产生电流,还原成原来的“声波”。
当贝尔测试“光话机”成功时,他写下了:“我听到光线的笑声、咳嗽声和歌唱声。”
不过,他的这项发明仅能传播约200米,因为由空气传递的光束,光线强度仍会随距离增加而迅速减弱。
当时贝尔虽曾预测,这项发明在科学世界里,这将远比电话、留声机和麦克风更有趣。
由于光线在空气中的衰减速度很快,因此人们想到了利用物质传导光,正如Daniel Colladon和Jacques Babinet的演示那样,让“光波”在水柱中传播。
直到1950年后才得以解决。
1951年,光物理学家Brian O’Brian提出了包层的概念。然后,有人试图用人造黄油作为包层,
1956年,密歇根大学的一位学生制作了第一个玻璃包层光纤,他用一个折射率低的玻璃管熔化到高折射率的玻璃棒上。
玻璃包层很快成为标准,后来塑料包层也相继出现,但并不实用。
光纤传播损耗太大,不适合于通信,很多工程师放弃了光纤通信的尝试。
但总是有些人不肯轻言放弃。他们决定,一定要找出影响光纤损耗的因素到底是什么。
终于在1966年,年轻的工程师、英藉华人高锟(K.C.Kao)得出了一个光纤通信史上突破性的结论:损耗主要是由于材料所含的杂质引起,并非玻璃本身。
他预言,光束在高纯度的光纤中传播至少500米时,还有10%的能量剩余。
骚年,你在开玩笑吧?对于很多人而言,这个预言如同神话一样。
1966年7月,高锟就光纤传输的前景发表了具有历史意义的论文。该文分析了造成光纤传输损耗的主要原因,从理论上阐述了有可能把损耗降低到20dB/公里的见解,并提出这样的光纤将可用于通信。
1970年,美国康宁玻璃公司首先制出了衰减为20dB/km的光纤,取得了重大的突破。使得光纤通信成为可能。
1974年,光纤衰减降低到了2dB/km。
1980年,光纤衰减低达0.2dB/km(在1.55μm长波长低衰减窗口),接近理论值。这样,使得长距离的光纤通信成为可能。
并且,由于提纯工艺的不断改进,使光纤的传输窗口从0.85μm的短波长窗口移到1.3μm、1.55μm的长波长低衰减窗口。
在1976年后,各种实用的光纤通信系统陆续出现。在1980年,世界许多国家都研制成商用的光纤通信系统。从此,光纤通信大踏步地走入了商用时期。
现在大家都知道,43年后,高锟因为这篇论文获得了2009年的诺贝尔物理学奖。
目前,中国光纤通信技术是世界最先进的国家——能演示传输100Tbit/s光纤通信的国家有日本、美国和中国(1Tbit/s=1000Gbit/s)。