风雅的智慧——琴棋书画诗酒花

2. 超大容量的光纤有线通信

　　1876 年， 贝尔在美国发明了电话机， 使相距很远的两个人能够直接对话。当你用电话机通话时， 要对着话筒讲话。话筒内有一个膜， 它随着你讲话的声音振动， 从而使电话线中的电流出现了大小强弱的变化， 电流变化情况与声音变化情况相似。变化的电流通过电话线到达对方的听筒。听筒内有一个电磁铁， 磁铁外面有一个薄铁片， 电流通过电磁铁上的线圈。当电流的大小变化时， 电磁铁的磁性强弱也随之变化。电流大时， 电磁铁的磁性强， 吸引薄铁片的力大。电流减小时， 电磁铁的磁性也减小， 吸引薄铁片的力也小。当电流大小变化时， 薄铁片受到的吸引力也随之变化， 产生振动。薄铁片振动产生了声音， 这个声音与你对着话筒讲话的声音是相似的。我们现在用的电话机， 大多数都是按照这个原理制造的。

　　过了4 年， 也就是1880 年， 贝尔又进行了利用光进行通信的试验。他利用一个反射镜， 把太阳光射到话筒的振动膜片上。人对着话筒谈话， 振动膜随人的声音振动， 从振动膜反射的光发生强弱的变化。用仪器把反射光搜集起来传输到接收机。在接收机上安有一个喇叭形状的反射镜和光电转换装置， 能将接收到的光转换成相应的电流。当电流通过听筒内电磁铁的线圈时， 可转换成声音。贝尔的这个试验引起了很大的轰动， 但是由于太阳光的成份很复杂， 传输光的技术又没有过关， 所以没有在实际中应用。

　　1960 年， 人们研制成功了一种新的光源――激光器。从激光器射出的激光是很细的激光束。激光束的能量集中， 很亮， 成份单纯， 只沿一个方向传播。激光的出现， 使人们再一次研究利用光进行通信的可能性。

　　光可以在真空中传播， 也可以在空气、玻璃等物质中传播。光在真空中沿直线传播。在透明的玻璃中， 光可以不断在玻璃界面反射， 沿玻璃的弯曲方向传播。根据这个道理， 人们做出了光导纤维， 实现了光纤通信。

　　光纤是光导纤维的简称， 它是一种很纯的玻璃纤维丝。光纤分为纤芯和包层两个部分。纤芯的直径为8 微米至50 微米， 包层的直径为100 微米至500 微米， 整个光纤的粗细与头发丝的粗细差不多。为了保护光纤不受损害， 在包层的外边还有一层塑料涂层。

　　进行光纤通信时， 先要把声音加在激光器上， 使激光器发出的激光带有声音的信号。当激光射入光纤的纤芯后， 沿直线向前传播， 在纤芯与包层的交界面上发生反射。光被反射后仍沿着直线传播， 到达纤芯与包层的交界面时再次被反射。由于纤芯与包层的材料不完全一样， 激光在界面反射时， 几乎完全被反射回纤芯， 所以用光纤通信时的能量损失很小， 射入光纤的激光绝大部分都能沿纤芯传播， 到达接收器。在接收器上有一个光电转换装置， 能把按收到的激光转换为相应的电信号， 使听筒中的膜片振动发出声音， 这声音与加在激光器上的声音相同。

　　光纤通信具有十分明显的优点。首先是光纤通信的容量非常大。从理论上讲， 一根光纤可以同时容纳100 亿对电话通话。如果在地球的东半球、西半球之间拉一根光纤， 可以让两个半球的每个人都与另一半球的一个人通话， 相互之间不干扰。这个优点对于现代通信网、高速信息公路的建设十分重要。

　　第二是可以节省大量金属。过去的电话线是用铜、铝等金属制成的， 而光纤是用石英制成的。石英就是我们通常所见的砂子， 化学名字是二氧化硅。将普通的砂提纯加工成光纤， 代替贵重的铜、铝， 当然十分有利。

　　第三是通信效果好、质量高。光纤是绝缘体， 不导电。在光纤中传播的是光， 不是电。所以通信时不受外界的电磁干扰， 不会被敌方窃听， 适于在有危险的环境中， 存在强电磁干扰的条件下使用。

　　第四是体积小、重量轻、易弯曲。这个优点不但有利于通信线路的铺设与维护， 而且特别适用于像飞机、舰艇、坦克这样对重量和体积要求比较高的设施。

　　现代社会和现代战争， 要求通信时不能“占线”， 任何时候都能立即接通。这个要求只有光纤通信可以做到。例如， 国防部要与各省、各军兵种保持密切联系， 若用金属电话线， 需要上万甚至几十万根， 难度相当大。如改用光纤， 只需少量几根至多几十根就可以了。