近代光通信

刘晨

上一期，我向大家介绍了古代光通信的几种方式。随着科学技术不断进步，人类使用的光通信技术也在不断向更先进、更完善的方向发展。

到了近代，光通信出现了两种较先进的方式：一是光电话，二是透镜波导光波传输系统。

什么是光电话？

首先，我们来看什么是电话。其实早在公元968年，中国人便发明了一种叫“竹信”的东西。它由两个小竹筒和连接竹筒的绳子组成，可以让使用它的两个人小声通话，被认为是电话的雏形。现在，我们使用的普通电话是用电磁波传递信息。电话的发明离不开美国发明家亚历山大·格拉汉姆·贝尔的贡献。

一次，贝尔在做实验时发现了一个有趣的现象：当电荷定向流动和停止流动时，螺旋线圈会发出噪声，就像电报机发送莫尔斯电码时一样发声。他联想到如果使电流的强度产生变化，模拟出人讲话时声波的变化，那么不就可以用电流传送声音了吗？

于是，贝尔开始研究电磁学，进行一系列实验。1878年，他在美国波士顿和纽约之间进行了首次长途电话试验，两地相距300多千米，试验获得成功。此后，电话很快得到广泛应用。

1880年，贝尔又发明了光电话。这种电话不用普通电磁波，而是用光作为载体传送语音。它是现代光通信的雏形。

如上图，贝尔将弧光灯的光束投射在话筒的振动片上，因声波带动振动片而得到强弱变化的反射光束。贝尔的光电话和烽燧通信一样，都是以大气作为光通道，光传输易受气候影响，传送信息的距离不是很远。

针对光电话的不足，人们一次次进行光波地下传输试验，后来发明了透镜波导光波传输系统：在金属管道内每隔一定距离放一个聚焦透镜，使光在管道中不断地边聚焦边向前传输。由于现场施工十分复杂，每个聚焦透镜需要被严格校准和牢固安装，系统造价高，后期调整、测试和维修很困难，所以这个系统的实用意义不大。

但是，该系统对光纤通信的发展还是有贡献的，因为光导纤维的导光原理与透镜波导光波的原理基本相似，只是前者构思更巧妙、使用更合理。

1960年5月16日，美國人梅曼发明了红宝石激光器。它的输出功率为10000瓦，发出的激光强度大约为太阳光强度的1000万倍。激光是光波，也具有电磁波的性质，在通信领域内是一种理想的载体。它的出现，给光通信带来了新希望。

不过，起初的研究并不顺利。科学家进行了大气激光通信实验，但没有找到性质稳定和低损耗的传输介质。直到高锟从事光导纤维在通信领域内如何应用的研究并取得重大成果，光纤通信才进入大众的视野。

光纤通信是用激光作为信息的载体，并通过光导纤维来传递信息的通信系统，其原理其实很简单——光的全反射原理。

何谓光的全反射？它是指光由光密介质（此介质的折射率大）射到光疏介质（此介质的折射率小）的界面时，全部反射的现象。而在一般情况下，光从一种介质射到另一种介质的界面时，既有反射光（返回原介质），又有透射光（射入另一介质）。

我们日常使用的电脑、手机、IP电话等的通信方式就是光纤通信，它们连接至地区通信网、国家通信网、全球通信网，使地球村得以形成。没有光纤通信，就不可能有当代的通信工具，我们的生活也不可能如此便捷。

那么，光纤通信具体是如何发明的？在发明光纤通信的过程中，有哪些有趣的故事呢？小读者们，请继续关注本栏目下一篇《现代光通信》。