从电通信到光通信

韦公远

　　1873年，美国人莫尔斯发明了电报，用电传输了文字信息；1876年，美国人贝尔发明了电话，用电传输了声音；1924年，英国人贝尔德发明了电视机，用电传输了图像。电报、电话和电视都是用无线电或有线电传输信息，电通信作为信息传输的有效通道，一直沿用了一个多世纪。

　　1960年7月，美国休斯公司实验室的西奥多梅曼研制出世界上第一台激光器——红宝石激光器，并发出一束很强、很直、很纯的红光。从此，人类历史上便出现了第一柬被驯服的光——激光，它的频率达1013～1015Hz。有了激光器，继而要解决的首要问题便是用什么样的导体传送它发出的信号。因为激光本身并不是一种全天候的通信方式，遇到能见度不好的天气，它简直是一筹莫展。

　　经过10年的寻觅，1970年美国康宁公司由加勒博士领导的一个研究小组，根据英籍华人科学家高锟提出的理论，研制成功了第一条低损耗单模光纤，由此人类通信史上便开创了光通信的新世纪。

　　有了激光和光导纤维，信息传输的能力大大提高。它集电报、电话、有线电视、传真等于一体，形成了快速、便宜、交互的数字网。一根头发丝粗细的光纤维，可以同时容纳700人七嘴八舌的声音而互不干扰，一束光纤的们息容量相当于100万路电话线，足以传送数十套电视节目，一根光缆通常有3-5根光纤。

　　光子具有极快的响应能力。电子脉冲的脉宽最窄限度在纳(10-9)秒量级，因此在电子通信中，信息速度被限定在109bit/s以下。而光子技术，其脉冲信号可轻易达到皮(10-12)秒量级，使用光子作信息载体，其信息速率可以是电子通信的几百倍乃至上千倍。

　　光子具有极强的互连能力与并行能力。在电子技术中为了实现互连，必须给导线搭“立交桥”，将其运行线路隔离，电子信号也只能串行提取、传输或处理。而在光子技术中，恰恰不存在这样的问题，光子的存储能力极大。与电子存储不同，光子除能进行一维、二维存储外，还能完成三维存储。而且光子无电荷，以其作信息载体既无电磁干扰，又具有极好的保密性。

　　从理论上讲，只需一根光缆便可承载全世界的所有通信。不过，目前的光通信实际上还是一种“电光通信”或者叫作“半光通信”，因为在通信过程中要有电信号的参与和电信号与光信号的相互转换。因此，现有的光通信系统，最好的通信能力也要比理论峰值低上千倍。

　　以打电话为例，讲话的甲方先用电话将声能转成电能使之成为电信号，通过发送光端机再将电信号变成光信号；而在听话的乙方则需先通过接收光端机将光能变成电能，再经电话将电能变成声能。在这种声电转换、光电互变的通信系统中，光子充其量只是一个“长跑冠军”，通信的两端仍是电信号的来回转换，在转换过程中难免要掺杂进一些杂音，使通信质量劣化。如何把电信号从通信过程中“请出去”，已成为科学家们攻关的目标。

　　未来的光通信将是“全光通信”，电仅仅只作为能源使用而不参与通信过程。通信系统将由“电子世界”跃入“光子世界”。届时电报、电话、电视将统统改名换姓为光报、光话、光视。

　　全光通信将主要由摄像光学系统、光纤系统和接收放大光学系统三个部分组成。由于没有使用电子元件，因此它能在100℃左右的高温下正常工作，如果配备简单的制冷系统，全光通信甚至能够在1000℃的高温环境中工作。全光通信的出现，对高温条件下的自动控制或测量具有重大意义，为人们提供了一种新型、理想的传感系统。

　　全光通信已不再是科学幻想。就世界范围来说，全光通信系统将在最新横跨大西洋的TAT-10系统和横跨太平洋的TPG-15系统上首先使用。

----《现代通信》