光纤的发现与光纤通信基本概念

发布人:红松小e 发布时间:2020-09-16 15:12:54

光纤通信是指利用相干性和方向性极好的激光作为载波(也称光载波)来携带信息,并利用光导纤维(光纤)进行传输的通信方式。光纤通信常用的波长范围为近红外区,即0.85~1.6μm,其频率范围约为10的14次方Hz数量级,比常用的微波频率高10四次方~10五次方倍,所以其通信容量也比常用的微波通信原则上高10四次方~10五次方倍。

光纤的发现与光纤通信基本概念

 

光纤的发现
 

早在1951年,研究人员就设计出了第一根光导纤维镜( fiberscope),它可用于传输人体内部器官的图像。1953年,在伦敦皇家科学技术院工作的 Narinder Kapany,开发出了包层纤维。但当时光导纤维衰减太大(每千米达1000dB),无法应用于光通信领域。
 

在理论上解决这个难题,使得光纤通信成为现实的是英籍华裔科学家高锟(Charles Kuen Kao)。高锟于1966年7月和他的同事霍克哈姆( G.A. Hockham)发表了《用于光频的光纤表面波导》的著名论文,该文分析了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性,认为可以用石英基玻璃纤维进行长距离传输,并设计了通信用光纤的波导结构(即阶跃光纤)。他预言了制造通信用的超低损耗光纤的可能性,即加强原材料提纯,加入适当的掺杂剂,就可以把光纤的损耗系数降低到20dB/k m以下,这篇文章被誉为光纤通信的里程碑。高锟提岀的光纤,是用高纯度的玻璃纤维制成的,光进入到其中,就像进入了—个周围全是镜子的管线,在全反射的作用下,只能从另—端出来。沿着高琨指出的技术途径,1970年,美囯康宁玻璃公司的三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了每千米传输衰减只有20dB的光纤——世界上第一根低损耗的石英光纤。在当时,制成损耗如此之低的光纤可以说是惊人之举,这标志着光纤应用于光通信领域最后的障碍已经消除。
 

高锟的发明为光纤通信网技术在全球的迅猛发展铺平了道路,他因此获得了巨大的世界性声誉,被冠以“光纤之父”的称号,并最终获得了2009年度的诺贝尔物理学奖。关于他的贡献,瑞典皇家科学院在获奖公告中指出,他在“有关光在纤维中的传输以用于光茡通信方面”取得了突破性成就。高锟的发明改变了世界通信模式,由于他创造性地把光与玻璃结合后,使影像传送、电话和计算机有了极大的发展,为信息高速公路铺下了奠基石。非常难能可贵的是高锟在巨大的荣誉面前,表现得非常谦和,他把自己的成功归功于自己的运气,总是不遗余力地为光纤通信事ψ竭尽全力。高锟还开发了实现光纤通信所需的辅助性子系统,他在单模光纤的构造、光纤的强度和耐久性、光纤连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都做了大量的研究工作。高锟于1996年当选为中国科学院外籍院士,曾任香港中文大学校长。1996年,中国科学院紫金山天文台将一颗于1981年12月3日发现的国际编号为“3463″的小行星命名为“高锟星”。
 

激光器和低损耗光纤是光纤通信发展的关键技术,随着这两项关键技术的重大突破,使光通信从理想变为现实。其中这些关键技术比较重要的进展包括;1974年,美国贝尔实验室发明了低损耗光纤制作法——CVD法(汽相沉积法),使光纤的能量损耗降低到1dB/km;1977年,贝尔实验室和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万小时的半导体激光器,从而有了真正实用的激光器;1977年,世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入使用,速率为45Mbit/s(话路容量672路)。

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