本文作者:浓浓桂花香

光纤:改变世界的十大发明之一

浓浓桂花香 1个月前 ( 10-26 ) 51

1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理,他做了一个简单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的水俘获了。

人们曾经发现,光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输;人们还发现,光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢?难道光线不再直进了吗?这些现象引起了丁达尔的注意,经过他的研究,发现这是全反射的作用,即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多次全反射向前传播。

后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维,当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线,所以称它为光导纤维。  

光纤:改变世界的十大发明之一

微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。光纤利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理达成光传导。通常,光纤的一端的发射装置使用发光二极管(light emitting diode,LED)或一束激光将光脉冲传送至光纤,光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。它最初出现在在19世纪后期,但是实际到了20世纪70年代才投入使用,因为当时的技术解决了传输长距离后信号衰减的问题。

光纤使用光传递信息,它们比传统的电缆更优秀的特点是:抗电磁干扰,保护数据安全,不导电,无火花、安装方便。最重要的一点是,在很长的距离它也能做到100兆兆比特每秒的带宽。这在很大程度上促使了互联网革命的发生。在日常生活中,由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多,光纤被用作长距离的信息传递。

前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

光纤:改变世界的十大发明之一

光纤发展年表

1880-AlexandraGrahamBell发明光束通话传输

1960-电射及光纤之发明

1960-玻璃纤维的传输损耗大于1000dB/km,其他材料包括光圈波导、气体透镜波导、空心金属波导管等

1966-七月,英藉、华裔学者高锟博士(K.C.Kao)在PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》,从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性,并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性

1970-美国康宁公司三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克用改进型化学相沉积法(MCVD 法)成功研制成传输损耗只有20dB/km的低损耗石英光纤。

1970-美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器

1972-传输损耗降低至4dB/km

1973-我国邮电部武汉邮电学院开始研究光纤通信

1974-美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法(汽相沉积法),使光纤传输损耗降低到1.1dB/km。

1976-美国在亚特兰大的贝尔实验室地下管道开通了世界上第一条光纤通信系统的试验线路。采用一条拥有144个光纤的光缆以44.736Mbps的速率传输信号,中继距离为10 km。采用的是多模光纤,光源用的是发光管LED,波长是0.85微米的红外光。

1976-传输损耗降低至0.5dB/km

1977-贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万小时(实用中10年左右)的半导体激光器

1977-世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用,速率为45Mb/s

1977-首次实际安装电话光纤网路

1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电

1979-赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤,被誉为“中国光纤之父”

1979-传输损耗降低至0.2dB/km

1980-多模光纤通信系统商用化(140Mb/s),并着手单模光纤通信系统的现场试验工作

1982-我国邮电部重点科研工程“八二工程”在武汉开通

1990-单模光纤通信系统进入商用化阶段(565Mb/s),并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验,而且陆续制定数字同步体系(SDH)的技术标准

1990-传输损耗降低至0.14dB/km,已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km

1990-区域网络及其他短距离传输应用之光纤

1992-贝尔实验室与日本合作伙伴成功地试验了可以无错误传输9000公里的光放大器,其最初速率为5Gbps,随后增加到10Gbps

1993-SDH产品开始商用化(622Mb/s 以下)

1995-2.5Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段

1996-10Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段

1997-采用波分复用技术(WDM)的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH产品试验取得重大突破

1999-中国生产的8×2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连开通,沈阳至大连的32×2.5Gb/sWDM光纤通信系统开通

2000-到屋边光纤=>到桌边光纤

2005-3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通

2005-FTTH(Fiber To The Home)光纤直接到家庭

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