深度解析光纤通信的前世今生.doc

《深度解析光纤通信的前世今生.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、深度解析光纤通信的前世今生　　1841年，DanielColladon和JacquesBabinet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

2、。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（AlexanderGrahamBell）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

3、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DanielColladon和JacquesBabinet的演示那样，让“光波”在水柱中传播。　　但是，在1841年那个水桶演示之后的近60年里，光的全内反射原理仅仅用于短距离传播领域。比如，应用于医学，牙科医生用弯曲的玻璃棒来把灯光导入病人的

4、口腔为手术照明。　　　　尽管玻璃纤维从文艺复兴时期就开始被广泛应用，玻璃工人可以生产出精美的花瓶和工艺品。但是，要解决光导长距离传输，必须将玻璃棒拉成十分坚固和柔韧的玻璃纤维。　　1887年，一位叫CharlesVernonBoys的英国科学家，在一根加热过的玻璃棒附近放了一张弓，当玻璃棒足够热时，把箭射出去，箭带动热玻璃在实验室里拉出了一道长长的纤细玻璃纤维。　　　　这根“光纤”，足足有9英尺长（约2.74米）　　这无疑让光纤通信的发展又前进了一大步。不过，和1841年那次水桶演示后发生的情况一

5、样，实验终归是实验，迈向下一步我们又足足等了50年。　　直到1938年，美国OwensIllinoisGlass公司与日本日东纺绩公司才开始生产玻璃长纤维。　　但是，这个时候生产的光纤是裸纤，没有包层。　　　　我们知道，光纤的传播是利用全内反射原理，全内反射角由介质的折射系数决定，裸纤会引起光泄漏，光甚至会从粘附在光纤上的油污泄漏出去。　　包层的问题，直到1950年后才得以解决。　　1951年，光物理学家BrianO’Brian提出了包层的概念。然后，有人试图用人造黄油作为包层，但并不

6、实用。　　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。　　众所周知，光纤是利用光在玻璃或塑料制成的纤维中，基于全内反射原理形成光传导。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。　　1960年代，电信工程师们正在寻找更多的传输带宽方式。无线电、微波的频率已不能满足增长中的电视、电话对带宽的要求，因此他们想找一种更高的

7、频率来承载信号。电话公司认为即将到来的可视电话，又会增加对带宽的需求。　　1960年，TheodoreMaiman向人们展示了第一台激光器。这燃起了人们对光通信的兴趣，激光看起来是很有前途的通信方式，可以解决传输带宽问题，很多实验室开始了实验。　　　　不过，很快他们发现，空气并不是激光通信传播的优良介质，受天气的影响太严重了。自然，工程师们把目光转移到光纤上。　　有了发光源，包层的问题也解决了，看起来光纤通信到来的日子不远了。然而，接下来的问题让不少人打了退堂鼓。　　有了包层的光纤，不过是能做成灵

8、活的内窥镜进入人体的咽喉、胃部、结肠，而其使用于内窥镜中，光传播3米能量就损失一半。用于人体内脏检查还可以，但用于长距离的光通信，简直天方夜谭。　　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。　　　　“光纤之父”高锟　　他预言，光束