登陆注册
14549800000009

第9章 通信技术的新宠儿(1)

社会文明和科学技术水平在当今社会已有了普遍提高,但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用,例如红黄绿交通信号灯、旗语等,电灯发明之后,又有了利用百叶窗和灯光的灯语。我们先来讲一下旗语。

旗语产生于西方航海大发展时期,舰船之间通过旗语来进行联络。直到现在,各种信号旗仍然在船舶上悬挂。现在在F1的赛车场也使用了旗语,可以说它也是一种目视光通信的手段。如果你能跟F1赛手像是塞纳、舒马赫、威伦纽夫等高手谈谈有关F1旗语的话题,一定能让他们刮目相看。现在就让我们了解一下F1的旗语吧:白色旗表示跑道上有缓慢移动的车辆;红色旗表示比赛已停止;黑色旗表示指定的赛车下次通过修理站时要停车;黄底红道旗意思是告诉车手跑道较滑;黑白对角旗表示是非运动员行为;黄旗表示有危险;黑白格相间的旗子意思是比赛结束;蓝旗表示有车手正要超车;黑底黄色圆心旗表示赛车有故障;绿色旗表示全程畅通。

光、烽火台、望远镜、交通红绿灯、旗语都是光通信的不同形式,但是它们有一个共同点,就是利用大气来传播可见光,由人眼来接收。也正因为如此,我们才会对它们如此的熟悉,可是这些却不是真正的意义上的光通信,更不是强大的光通信,真正强大的光通信应该是光纤通信。在这里,应该明确,光通信指的是一切运用光作为载体而传送信息的所有通信方式的总称,而不管传输所使用的媒质是什么;而光纤通信则是单纯地依靠光纤作为媒质来传送信息的通信方式。

光通信虽然早就被人们认识到了,但发展很慢。后来又有了用灯光闪烁、旗语等传递信息的方法;但是这些都是用可见光进行的视觉通信,是非常原始的光通信方式,不能称得上是完全意义上的光通信。

近100多年来,人们对光通信的追求有增无减,贝尔发明电话,并偿试着用光来打电话被认为是近代光通信的开始。20世纪60年代后,随着人们对通信的要求变得越来越强烈,光通信获得了突飞猛进的发展。我们今天所说的光通信已不再是用可见光进行的视觉通信,而是采用光波作为载波来传递信息的通信方式了。现代人类已经进入了信息社会,光通信的魅力也逐步展现在人们面前。

晶体管

光通信比无线电通信的历史更悠久。波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年,以发明电话而著名的贝尔,在1876年发明了电话之后,就想到利用光来通电话的问题。1880年,他利用太阳光作光源,大气为传输媒质,用硒晶体作为光接收器件,成功地进行了光电话的实验,通话距离最远达到了213米。1881年,贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文,报道了他的光电话装置。在贝尔本人看来:在我的所有发明中,光电话是最伟大的发明。

贝尔用弧光灯或者太阳光作为光源,光束通过透镜聚焦在话筒的震动片上。当人对着话筒讲话时,震动片随着话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化,从而使话音信息“承载”在光波上(这个过程叫调制)。在接收端,装有一个抛物面接收镜,它把经过大气传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上,硅光电池将光能转换成电流(这个过程叫解调)。电流送到听筒,就可以听到从发送端送过来的声音了。

光的折射现象

光在大气中传播很简单,所以人们开始研究的光通信都是利用光在大气中传播信息。但是光在大气中的传送要受到气象条件的限制,比如遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况,就会看不远看不清,这叫做大气的能见度降低,使信号传输受到很大阻碍。此外,太阳光、灯光等普通的可见光源,都不适合作为通信的光源,因为从通信技术上看,这些光都是带有“噪声”的光。也就是说,这些光的频率不稳定、不单一,光的性质也很复杂。一句话,就是光不纯。因此,真要用光来通信,必须要解决两个最根本的问题:一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质;另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。在此后的几十年中,由于这两项关键技术没有得到解决,光通信就一直裹足不前。也正因此,贝尔的光电话始终没有走上实用化的阶段。所以我们今天也没有用上贝尔的光电话,而只是用了他发明的电话;但不管怎样,贝尔真的是一位伟大的发明家。

1870年,英国物理学家廷德尔通过实验发现,把光照射到盛水的容器内,从出水口向外倒水时,光线也沿着水流传播,出现弯曲现象,这好像不符合光只能直线传播的定律。实际上,这时光仍是沿直线传播的,只不过在水流中出现了光反射现象,因而光是以折线方式前进的。光也可以“走弯路”。

光导纤维

直至1955年,廷德尔观察到的现象才得到实际应用。当时在英国伦敦英国学院工作的卡帕尼博士,发明了用极细的玻璃制作的光导纤维。每根细如丝的光导纤维是用两种对光的折射率不同的玻璃制成,一种玻璃形成中央中心束线,另一种包在中心束线外面形成包层。由于两种玻璃在光学性质上的差别,光线经一定角度从光导纤维的一端射入后,不会从纤维壁逸出,而是沿两层玻璃的界面连续反射前进,从另一端射出。最初,这种光导纤维只是应用在医学上,用光纤束组成内窥镜,可以观察人体肠胃内的疾病,协助医生及时作出确切的判断。其实,现代的光纤通信也就是运用光反射原理,把光的全反射限制在光纤内部,用光信号取代传统通信方式中的电信号,从而实现信息的传递。

人类不断探索理想光传输介质,经过不懈的努力,人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传光。这种玻璃丝叫做光学纤维,简称“光纤”。人们用它制造了在医疗上用的内窥镜,例如做成胃镜,可以观察到距离一米左右的体内情况。但是它的衰减损耗很大,只能传送很短的距离。光的损耗程度是用每千米的分贝为单位来衡量的。直到20世纪60年代,最好的玻璃纤维的衰减损耗仍在每公里1000分贝以上。每公里1000分贝的损耗是什么概念呢?每公里10分贝损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下了1/10,20分贝就表示只剩下1%,30分贝是指只剩1‰……1000分贝的含意就是只剩下亿百分之一,这无论如何也不可能用于通信的。因此,当时有很多科学家和发明家认为用玻璃纤维通信希望渺茫,失去了信心,放弃了光纤通信的研究。

固体激光器

激光器和光纤的发明,使人们对光通信又有了信心和希望。而要实现光纤通信,还需要在激光器和光纤的性能上有重大的突破。但是在这两方面的突破遇到了许多困难,尤其是光纤的损耗要达到可用于通信的要求,从每千米损耗1000分贝降低到20分贝似乎不太可能,以致很多科学家对实现光纤通信失去了信心。就在这种情况下,出生于上海的英籍华人高锟博士,通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上,对光波通信作出了一个大胆的设想。他认为,既然电可以沿着金属导线传输,光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输。1966年7月,高锟就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文,论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因,大胆地预言,只要能设法降低玻璃纤维的杂质,就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝/公里,从而有可能用于通信。这篇论文使许多国家的科学家受到鼓舞,加强了为实现低损耗光纤而努力的信心。

同类推荐
  • 破译奥秘大世界丛书:破译人类起源之谜

    破译奥秘大世界丛书:破译人类起源之谜

    《破译奥秘大世界丛书:破译人类起源之谜》讲述的是揭秘有猿人进化成人类的起源之谜。
  • 宇宙到底有多重

    宇宙到底有多重

    本套丛书主打科技牌。少年儿童要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对科学知识和科学热点有一个广泛的了解,这样才能激发他的兴趣和爱好。
  • 航空情缘

    航空情缘

    与新中国航空工业同龄的杨源同志在几十年服务航空工业的历程中,结合工作实际而“放飞思想,笔耕不辍”。从1986年写第一篇文章以来,撰写了许多有独到见解的文章,先后有60余篇发表在有关刊物上,并参与了近20个专项课题研究报告的撰写,内容涉及航空工业的民品与第三产业、通用航空、知识产权、办公室管理,以及西部大开发与航空特色旅游、我国加入WTO的对策研究等诸多方面。航空工业出版社从中选择了60篇分7大类按文章撰写的时间(以公开发表为主体)排序收录于《航空情缘》中,它真实记录了杨源同志20多年辛勤笔耕成果,以此作为杨源同志在完成职业生涯之际对新中国航空工业60周年的纪念。
  • 探索未知-动物的启示

    探索未知-动物的启示

    探索未知,追求新知,创造未来。本丛书包括:奇特的地理现象、遗传简介、生活物理现象解读、奥妙无穷的海洋、认识微生物、数学经典题、垃圾与环境、湛蓝浩瀚四大洋、生物的行为、漫谈电化学、数学古堡探险、中国的世界文化遗产、中国古代物理知识、中国三大三角洲、中国的地理风情、多姿的中国地形、认识少数民族医学、悠悠的中国河流等书籍。
  • 21世纪不是梦

    21世纪不是梦

    本书内容包括:我们的地球;时光之箭;世纪末的宣言;中国21世纪议程;大国;土地,发展的基础;倾听大地;话说五谷杂粮;流水,发展的源泉等。
热门推荐
  • 若孀

    若孀

    她现实生活中的顶级佣兵杀手却在一次执行任务途中意外穿越到一个异大陆——卡特亚却意外降落在上古云氏一族的直系子孙云若孀身上还是个被人称为废物九少爷的身上!!可是自己明明是个女儿身啊!还来不及整理这突然发生的一切许多事情就接二连三的找上门来…“不好了不好了!九少爷云岩又来找您麻烦了!您赶快从南院的后门逃走吧!”“嗯?逃走?”若孀面带疑虑的看着为自己通风报信的小兄弟脑海连忙搜索起云若孀之前的记忆“唔…原来是这么一回事”若孀嘴角勾起一道讽刺的浅笑哼哼赶欺负到我头上后悔都来不及了!
  • 全系召唤师:吃货萝莉逆苍穹

    全系召唤师:吃货萝莉逆苍穹

    绯樱——二十一世纪最强杀手,代号“魅影”。出生在古武世家,是家族里的小公主。被同伴出卖,因为家传至宝——琉璃樽,穿越到了遗失大陆。她,遗失大陆中最强大国家的小公主。虽然性格懦弱,是个废柴,但是父皇、母后却将她宠到了极致。因为自家姐姐的伤害身亡。再次睁眼,风华乍现,她快速崛起。再也不是当初那个懦弱公主。江山在手,美男我有!看绯樱如何在异世大陆风生水起,成就一代神话!
  • 如果天荒不地老

    如果天荒不地老

    青色的年华里,是否有那么一个人,你想和她一起天荒地老…懵懂的少年说“有那么一个人,我想和她一起慢慢变老,一次就好。”然后他找到了那个想要一起变老的人,终究是没能和她天荒地老。夏凝是一个美丽的姑娘,她如一朵白色的玉兰花,清新淡雅而又与众不同。她伴着春风而来,却又随着时光而去,留少年心上的只剩一个逐渐变淡的的影子…
  • 倒追未婚妻

    倒追未婚妻

    严凯,是严氏集团的总裁,坠入爱河之后初恋情人却离开了,这令他痛苦不堪。他一再的认为是从小被视为妹妹的江梦子逼走了自己的爱人。在江梦子回国之后,为了报复她,让她成为了自己的未婚妻。她住进了严凯的公寓,以为自己能够在有朝一日成为严家的儿媳妇,但是没想到这一切都是阴谋和报复,而且还成为了借腹生子的工具。在了解了原因之后,江梦子明白了严凯对自己的误解,但是并没有任何的机会为自己辩解。在她被逼参加宴会的时候,意外的被陈佩设计遭受绑架,江梦子才真正的明白自己对严凯感情还是和以前一样,从未改变。她又如何改变现状,让他爱上她?结局却出乎意料,没想到堂堂总裁展开了倒追未婚妻之旅。
  • 转角路口遇不见你

    转角路口遇不见你

    五年前,我出国的时候,你站在候机室给我发过一条简讯“我不敢来送你,因为我舍不得,我也怕看见你掉眼泪……”可是五年后,你当着所有人的面给我说,她是你的未婚妻,也会是你的妻子。曾经执手写下的:苏之爱夏以扬安,瑾之年华以琪殇,可如今所有都不复存在,而我却要抱着那一份回忆……
  • 极品坏蛋混黑道

    极品坏蛋混黑道

    世界之大,高手如云,中国黑道,枭雄辈出。一个帅气的学生,一帮猥琐的兄弟,一腔豪迈的热血,一身惊人的绝技,且看极品少年如何争霸校园,踏足黑道,砍下一片天……及此封笔,将于2013年1月准时上传腾讯原创,请锁定《黑道枭雄》or若安晨。此处向所有看过此书的读者破腹谢罪!
  • 泉石集

    泉石集

    文字清新秀丽,与现实结合,但是又富于想象。创作时间衔接紧而有法度,篇幅短小但精悍,字词造句均有特色。散文抒写与议论合理存在,创作文体属于散文一类性质,望文章爱好者对书提出宝贵意见。前面大多数章节大概在品味生活,刻写小品文和一些诗词为主;后面章节在描叙生活,以散文为主
  • 十住毗婆沙论

    十住毗婆沙论

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 爱情第98号奏鸣曲

    爱情第98号奏鸣曲

    温甜甜和李俊一起长大,陪他度过被人忽略的童年,十六岁发生的事却使两人产生隔阂,并最终天各一方。李俊背负着温甜甜的冷漠在异国他乡生活六年,他再次回国父母双亡。时隔多年两人放下误会,本以为能再度牵手的李俊发现温甜甜已有了男友许涅,为了不再度失去亲人只好祝福。然而温甜甜一直在等待李俊的回来,对许涅的用情竟从未察觉,只当自己是他的冒牌女友。命运并没有就此放过温甜甜和李俊。温甜甜的大学同学李芝追寻偶然结识的罗浩七多年未,却错失了自己的真爱,钢琴王子黄野名声大噪,她俩却无缘相见。以傍大款而闻名的付清清有幸做了明星,然而上天对她的厚待却并不在此。命运与爱情从来就不是那么容易的事。
  • 御品糖心

    御品糖心

    玫瑰酥、栗粉糕、梅花香饼、杏仁核桃露……这些花样百出的甜点对于唐蜜而言,简直太熟悉不过了。因为她本是个在街边叫卖花糕甜点的小贩,从小跟在酷爱研究美食的父母身边,精通百样美食!本来她应该在民间过着平凡百姓的日子,却不料半路被掳劫,进了乐府入了皇宫。在这个深不可测、百花斗艳的皇宫里,只会做点美味的她哪有什么竞争力?于是,冤枉入狱、历蛇之险、被推下水,遭黑手伏击……她都不幸地撞上了。但是,凡事也有例外,尤其是当她遇上了带着“拖油瓶”的扑克脸“黄酥酥”后,这也许是另一种幸福……