神奇的“玻璃絲”

本刊綜合

從“樓上樓下，電燈電話”到智能手機(jī)的普及，從2G、3G到4G網(wǎng)絡(luò)的迭代升級，再到如今5G時代的萬物互聯(lián)，……速度大幅度提升的帶寬、各種終端的互聯(lián)、傳媒介質(zhì)的升級，改變著人們的生活方式，人類文明的進(jìn)程開始與網(wǎng)絡(luò)相伴相隨。這些功能的實(shí)現(xiàn)離不開光通信技術(shù)的發(fā)展。

何為光通信技術(shù)？它又是如何發(fā)展而來的呢？

“走彎路”的光

光通信是一切利用光作為載體傳送信息的通信方式的總稱。無論是烽火臺、遠(yuǎn)距離觀測的望遠(yuǎn)鏡，還是交通信號燈，都是光通信的不同表現(xiàn)形式。雖然這些都不是真正意義上的光通信，但人類從未停止尋找理想的光傳輸介質(zhì)。

1870年的一天，英國物理學(xué)家廷德爾在實(shí)驗(yàn)中觀察到一個現(xiàn)象：照入盛水容器中的光竟會沿著出水口往外倒水時的水流出現(xiàn)彎曲。這似乎與光只能直線傳播的定律不符，難道光也可以“走彎路”？事實(shí)上，這時的光線仍沿直線傳播，只是在水流中出現(xiàn)了光反射現(xiàn)象。

然而，廷德爾的這一發(fā)現(xiàn)直至1955年才開始被實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)時在英國倫敦英國學(xué)院工作的卡帕尼博士發(fā)明了用兩種細(xì)如發(fā)絲，且對光有著不同折射率的玻璃制成的光導(dǎo)纖維，簡稱“光纖”。由于這種光纖衰減損耗大，傳送距離短，起初只應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上，但科學(xué)家也因此看到了光通信的曙光。

性能上的突破

1959年，美國物理學(xué)家梅曼發(fā)明了世界第一臺激光器，人類從此進(jìn)入激光時代。但當(dāng)時最好的光纖的衰減損耗仍在1000分貝/千米，要想將光纖應(yīng)用于通信，還需在激光器和光纖的性能上取得突破。

1966年7月，物理學(xué)家高錕就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了重要論文并預(yù)言：只要能降低玻璃纖維中的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗降低到20分貝/千米。高錕還首次提出將其用在通信領(lǐng)域的可能。這一觀點(diǎn)鼓勵了世界各地科學(xué)家爭相為研究出低損耗光纖而努力。

1970年，世界第一根低損耗的石英光纖被成功研制出來，實(shí)現(xiàn)了20分貝/千米的傳輸損耗，同年，美國第一次制造出對光纖通信有實(shí)用價(jià)值的光纖樣品。高錕因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就，獲得了2009年諾貝爾物理學(xué)獎，被譽(yù)為“光纖之父”。

我國光纖“第一人”

趙梓森是我國光纖通信技術(shù)的主要奠基人和開拓者。

1973年，趙梓森偶然從雜志上得知美國正在進(jìn)行光纖通信研究的消息。玻璃絲還能通信？趙梓森敏銳地察覺到光通信的重要性。1974年8月，趙梓森經(jīng)深入研究后，提出石英光纖通信技術(shù)方案，開始了我國光纖技術(shù)攻關(guān)。三年后，我國第一根實(shí)用型、短波長和階躍型石英光纖誕生了。1979年，趙梓森團(tuán)隊(duì)研制出中國第一根每千米衰減損耗僅4分貝的光纖，拉開了中國光纖通信事業(yè)的序幕。

近日，國際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了在67千米長的光纖上，數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)1.7拍字節(jié)/秒（1拍字節(jié)相當(dāng)于100萬吉字節(jié)），刷新了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)光纖傳輸速度的最新紀(jì)錄。這意味著這根光纖足夠承載百萬個家庭互聯(lián)網(wǎng)的全速運(yùn)行，開啟了人類通往信息高速的大門。