第七十二章承载信息高速公路的引线
光纤通信的发明
光纤通信的发明，使人类信息传输方式有了质的飞跃。人类有理由相信，当我们奔向信息高
速公路时，正是光纤通信网织就了我们脚下的跑道。
新型通信性能卓著
在日本奈良县生驹市东生驹镇，有300户居民家庭使用光导纤维，
双向有线电视把各家各户同电视传播中心、图书馆、医院、学校、车站、商店、银行、剧场
、警察局等单位连接起来，使每个人坐在家里就可以通过双向电视终端上课、查阅图书资料
、问诊、同亲朋好友交谈、预订车票、选购商品、收看剧场表演的各种节目等等。这个小镇
就是举世瞩目的光导纤维实验基地。
光纤通信，属于地面有线通信，是把光信号输入细如毛发的光导纤维而进行通信的技术。它
是以激光来取代电流，以光导纤维来取代铜线而已。
远古时代的人们已知道用光来传递信息。公元前700多年，在我国北方就修建了许多烽火台
，每遇外敌入侵，便在烽火台上升起狼烟以传递警报。近代的信号弹，现代的导航灯塔，都
是利用光来传递信息的例子。
19世纪30年代，人类进入了电信时代。1837年，美国人莫尔斯发明了电报机。1876年，美国
语音学家贝尔发明了电话，1800年，贝尔又发明了光电话，它利用声音振动话筒的薄膜，并
把声音的强弱变化调制到光波上
来传输。在接收的一端，有一抛物面镜，它把发送端经大气传来的光波反射到硅光电池上，
使光能转换成电流，再把电流送到话筒，于是又复原到原来的声音。由于光电话所用的自然
光源在大气中传播时发散严重，而且易受阻挡，因而它只能传输200多米，没有什么实用价
值。
要使光通信具有广阔的应用前景，必须发现理想的光源，找到良好的光传输介质。1960年，
美国物理学家梅曼制造出世界上第一台激光器，从而使激光作为一种理想光源得到迅速而广
泛地应用。激光的方向性强、相干性好、频率极高，是用于通信的理想光源。但激光在大气
中传输时，会受到气候条件和障碍物的影响，因此，科学家们又开始致力于理想的光传输介
质的研究，终于研制出光通信的理想介质——光导纤维。
光导纤维的研制始于20世纪30年代，它是用超纯度石英玻璃管在高温条件下，经气相沉淀后
拉制而成，细如发丝，有很好的导光性能。但由于它的纯度和均匀度不高，在传输过程中对
光波的衰减很大，难以实用。1953年，荷兰人范赫尔将一种折射率为147的塑料涂在玻璃
纤维上，制成比玻璃纤维芯折射率低的套层，得到光学绝缘的单根光导纤维。虽然塑料套层
不均匀，光能量损失太大，但毕竟是当今光导纤维的原型。
英籍华裔科学家高锟对光纤通信技术的发展作出了卓越贡献。1966年，他首先从理论上指出
，如果消除光导纤维中的有害杂质，传光能力将大幅度提高，可以把它作为光通信的介质。
他的建议很快被科学技术界采纳。不久，纯度高、导光性能强的光导纤维问世了。高锟是公
认的光纤通信的创始人，先后获得25项专利证书和许多国际殊荣。1979年，他获瑞典国际伊
利申通信奖；1982年，他被授予“ITT有执行权的科学家”称号。
1968年，日本两家公司联合研制出一种新型无套层光纤，能聚焦和成像，称聚集纤维。1970
年，美国康宁玻璃公司用高纯石英首次研制成功衰减量为每公里20分贝左右的光纤，迈出了
将光纤作为光通信传输介质的重要一步。一根光纤可以传输150万路电话和2万套电视。1973
年，光纤衰减量进一步降低到每公里2分贝。尔后，又研制生产出各种超低损耗的光纤。
到1975年，光纤通信正式投入试用。从此，光纤通信时代大踏步地向人们走来。
在光纤通信系统方面，1976年，美国首次进行了码速为447兆比特/秒的光纤通信系统试验
，到1980年投入商用。1983年日本建成一条
400兆比特/秒全长3 400千米的24芯单模光缆系统。1985
年美国已建成2 000千米干线后又建成5万千米的光缆把22个州连接起来。1989年连接美日并
由美日合建的总长为9 000千米的海底光缆开通。到目前为止，由于光放大器的运用，光纤
字传输系统的传输速率与距离的乘积已超过10太比特/秒?千米，光纤模拟电视传输系统达
到120路的水平。
短短的20多年，光纤通信已进入大规模实用化阶段，充分显示了光纤通信的无比优越性和强
大生命力。
优点多多有待完善
光纤通信与其他通信方式相比，主要区别在于：一是以很高频率的光频作载波；二是用光纤
作传输介质。因此有很多优点：
(一)传输频带宽，通信容量大。由信息理论知道，载波频率越高通信容量越大，因目前使用
的光波频率比微波频率高104～105倍，所以通信容量可增加104～105倍。因此能携
带信号的数目是惊人的。假定每个通话带宽是4千赫，则它可以容纳100亿个通话线路，或者
同时传送1 000万套电视节目。这样的通信容易是过去任何一种通信工具(包括无线电通信)
都不能达到的。光纤通信中光源用激光束代替，其威力则更大了。
(二)损耗低。目前使用的光纤均为SiO2(石英)系光纤，要减小光纤损耗，主要是靠提高玻
璃纤维的纯度来达到，由于目前制成的SiO2玻璃介质的纯净度极高，所以光纤的损耗极
低，在光波长λ=155μm附近，衰耗有最低点，可低至02dB/km，已接近理论极限值。
由于光纤的损耗低，因此，中继距离可以很长，在通信线路中可以减少中继站的数量，降低
成本且提高了通信质量。
(三)因为光纤是非金属的介质材料，因此，它不受电磁干扰。
(四)线径细、重量轻。由于光纤的直径很小，只有01mm左右，因此制成光缆后，直径要比
电缆细，而且重量也轻。这样在长途干线或市内干线上，空间利用率高，而且便于制造多芯
光缆。
(五)资源丰富，成本低，可节省大量的金属材料。如：万千米的中同轴电缆约需几千千克的
铜和铅，若用光纤，只需几十千克石英就够了。而且用光纤组成的光缆不过钢笔粗细，轻软
易弯，可以埋在地下，也可架空敷设，使用十分方便。
〖JP4〗光纤通信除上述主要优点之外，还有抗化学腐蚀、保密性能好等特点。
当然，光纤本身也有缺点，如光纤质地脆、机械强度低；要求比较好的切断、连接技术；分
路、耦合比较麻烦等。但这些问题随着技术的不断发展，都是可以克服的。
锦绣前程令人神往
光纤通信系统的发展，可分为几代进程：
第一代光纤通信系统，是以1973～1976年的085μm多模光纤通信系统为代表，传输速率为
几十Mbit/s，中继距离约10km左右；第二代光纤通信系统，是20世纪70年代末、20世纪80年
代初的多模和单模光纤通信系统，工作波长为131μm，传输速率是140Mbit/s，中继距离
约20～50km；第三代光纤通信系统是20世纪80年代中期以后的长波长单模光纤通信系统，其
工作波长为13μm，传输距离约50km；第四代光纤通信系统，是指进入20世纪90年代以后
的同步数字体系(SDH)光纤传
输网络，传输速率可达25Gbit/s，中继距离为80km左右，在此传输网络中，开始采用光纤
放大器(EDFA)以及光波复用技术。随着信息时代对通信的要求，在光纤通信领域中，一些更
先进的光纤通信系统如：相干光纤通信系统、光孤子通信系统等将逐步走向实用。
光纤通信的应用领域是很广泛的，目前它主要用于市话中继线；长途干线通信；高质量的彩
色电视传输；计算机网络；工业生产现场监视和调度；交通监视控制指挥以及其他特殊场合
。
光纤通信以它独特的优点被认为是通信史上一次革命性的变革，光纤通信网将在长途通信网
与市话通信网中代替电缆通信网，这已为世界各国所公认。
20世纪的最后30年，光纤通信技术发展之快，应用之广，是通信技术史上所罕见的。电话从
发明到应用花了60年，无线电技术花了30年，电视技术花了14年，而光纤通信从1970年研制
出低损耗的光纤到1975年投入通信试用只用了5年时间。据统计，1980年全世界铺设的光缆
总和只有4 000英里，1986年为4万英里，1989年猛增至40万英里。现在光纤通信技术已广泛
应用于通信、广播、电视、电力、医疗卫生、测量、宇航、自动控制等许多领域。
今后光纤通信的发展趋势，将沿着扩大通信容量，延长中继距离的主方向发展。扩大通信容
量将采用光复用技术，如光波分复用系统、副载波复用系统；延长中继距离可采用全光通信
系统以至更新的光孤子通信系统。
人们预料，到本世纪末，光纤通信将取代许多现行的通信方式而成为一种最主要的通信手段
。人们还设想，未来的光纤通信将利用一种新颖的摄像机，将摄取的图像经过一定处理，直
转换成光信号，同时声音也可能通过声—光转换器直接变为光信号，那时的电信设备可能
会从通信系统中消失，电就只是作为一种能源来使用了。到了那个时候，电话将变成“光话
”，电视将变成“光视”，电传将变成“光传”，电报将变成“光报”……整个通信技术
将发生一次划时代的变革，一个奇妙的“光通信”的时代就要出现了!
光纤通信已被国际上誉称为“梦想的通信”，展望其广阔的发展前景，正如它那晶莹的纤丝
一样，光明灿烂，令人神住。
