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  • 在光纤通讯中交谈和会晤
  • 警醒!1988年
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  • 相干光的效能
  • 精巧的玻璃导光体——怎样发挥效能?
  • 细小的纤维怎样担当重任
  • 用光来传话和听声
  • 目前的若干裨益
  • 展望未来
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警醒!1988年
《警》88 1/8 10-13页

在光纤通讯中交谈和会晤

光——古代视为智慧与才能的神秘象征——现今已不仅是一种象征了。近年来,它迅速和静悄悄地担任适当的角色,成为多种消息的实际传媒。为了使光发展真正潜力,把资料传送至远方,两种发明品是不可或缺的:(1)特种的光,(2)特种的导光体。

近年来,借着一连串令人兴奋的新发明,我们已能利用光的惊人速度,把大量和多种资料传送至极远的地方。不错,现时借着幼如发丝的微小光线,以极大的速度和传送效能,我们得以和远方的人彼此谈话、会晤和聆听。那些幼如蛛网的玻璃丝在线壳保护之下,纵横交错于美国、欧洲和日本的各大城市之间。目前甚至进行越洋工程,从一大洲把资料传至另一大洲。

可是,既然我们大家都知道光是有直线进行倾向的,这件事怎么可能呢?使细小的光线留在玻璃线上,随着它转弯抹角是什么促成的?光线怎样才能到达那么遥远的地方和传送那么多的资料?原来,使一切成为可能的是一种特殊的光——相干光。

相干光的效能

在传送资料方面,相干光线比普通光线优越之处可以比喻说明。我们且把光子在玻璃纤维线上的运行比作许多人在路上行走。普通光线像是一群有大有小的人,他们在行路时步伐不齐,而且互相干扰。另一方面,相干光线等于一群体型大小相同的兵士,以整齐的行列和同一的步伐互不干扰地前进。他们显然会发挥较大效能和行得较远,损耗的精力也较少。相干光的效能亦然。

到此也许有人会说:“对光线的利用为什么发展得这么缓慢?以前为什么没有人想到这件事呢?”事实上,它并非完全新事。以前至少有一个人——贝尔(Alexander Bell)——看出借着光进行谈话的优点,他曾在1880年发表了一篇题名为“硒与光线电话机”的论文。

这种主张显出很大的先见之明,由于那时还没有相干光,他的发明遂未能有多大成功。可是,到1960年代,随着激光(LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的发明,第一项必需条件便具备了。贝尔也缺乏另一个主要条件,即传送资料的高性能导光体。

精巧的玻璃导光体——怎样发挥效能?

在激光的功能继续发展之际,其他的人发明和发展了极度澄清和结构精巧的玻璃物质,使凝聚的激光可以行至极远的距离。这种物质后来发展为幼如发丝的纤维线。

我们许多人也许记得看过用作桌上装饰品的发光玻璃纤维,它们是光彩夺目的艺术品。这种装饰品的制作是把多束玻璃或塑胶纤维排成像花一般的扇状,从基部末端发光。在那些装饰品里,用来使纤维发光的仅是普通光线。这件事至少足以说明光可以弄成在玻璃线内行走,能够转弯抹角而非像平常一样只是以直线前进。(图形1)在这些装饰品里,光只行一段极短的距离而已。

为了使光线能超越艺术装饰品所需而行至较远的距离,科学家于是设计了一种特殊的玻璃或塑胶包层。那些特殊包层可使倾向于走漏的光线折回玻璃以防止进一步的逸出。包层具有多种精巧的组织和构造。它们的种类虽多,但各有所长,并且在本身的特殊情况之下有助于增加光线前进的距离。(图形2)

玻璃线或纤维虽然使传送和导光能力大大改善,但仍然需要在临界角或更低的角度把光注入线内。我们若想想平静的湖面怎样像一面镜子,就可以了解它发挥效能所根据的原则。事实上,湖畔的树木有时可从湖面反映出来。促成镜子的效果是因为光从极低的角度映入我们眼帘。在这种称为临界角的特殊角度之下,水面像镜子一般反映着光。同样,当光在临界角或更低的角度注入玻璃线内时,纤维内部像镜子般发生反映作用,以致极少光线能够溢出。

据现时期望,光在那些幼线里可以行25哩(40公里)或以上而不必再度充光。前景甚至更加令人鼓舞。据一项近期报告透露,超低逸光的纤维已发展成“可以把数据传送至几千哩外而不必使用重新发光器。”

为了保护这些奇妙的导光体,就必须在它们四周围以包层和裹以保护物质。此外,有时更以高强度的纤维和铁线或导电体去组成细小的线壳。(图形3)在线壳里面受到保护的玻璃纤维在传送资料方面具有高度效能,使通过普通铜线进行的电流无法与之争竞,尤以长距离的传送为然。可是,这种特殊的光怎样通过细小的玻璃纤维去传送数据、影像和人声呢?

细小的纤维怎样担当重任

特种光线和精巧的玻璃纤维虽然使我们惊异,但光线实际传送大量资料的方法也同样令人折服。基本的秘诀之一有赖于光的惊人速度,它的秒速约为18万6000哩(30万公里)。另一个秘诀是光波的极高频律,每秒钟达数十亿周波。由于光的频律极高,并借着把资料编成光的脉冲,大量资料遂可以纳入光线之中,凭细小的纤维加以传送。我们且来考虑一下以光传话和听声的例子。

用光来传话和听声

用光来传话、听声和显像牵涉到现代最复杂的技术。但我们可以考虑其中发生的几项步骤以期对过程稍为了解。

光虽然被用来担任传送,但实际步骤开始于传送之前,人首先对着电话说话。说话的音波在电话中改成相应的电气信号。电气信号的样本以极高速度被“分割”开来。这项过程与活动电影相似,电影中的动作实际上是连串的静止画片或分割体。逐个画面迅速地相继播出,观众看起来就像是活的动作一般。类似地,那些电气分割体以多步骤的手续将之移动和改编,转变成光脉冲。编好了的光脉冲于是借着玻璃线传送到接收的一端。当它们到达接收端时,以逆转的过程将之改回音波,送入电话的耳机中。我们目前从这件事获得什么裨益呢?未来的前景又如何?

目前的若干裨益

我们刚开始接纳和赏识现行的世界通讯网,一项全新的通讯系统就出现了。纤维光有希望能取代多导体的电话线、微波通讯网,甚至卫星转播站,此外还有很多裨益。

◼ 不受干扰的通讯。纤维光传送对电话顾客最重要的裨益之一是,它差不多完全摒除了多种已被我们习以为常的干扰。雷电、电线、发电机——这一切都常以静电和噪音干扰我们通话。甚至在厚重包裹之中的铜导电体也不能阻止那些干扰侵入。

你的电话通话若有一部分由卫星传送,你也许留意到通话会有不及一秒钟的些微延迟,或察觉到大气所生的影响。在以往,甚至可能有回声出现。纤维光能够免除一切可留意到的延迟,并且使人听到不受干扰的清晰声音。

◼ 通讯安全。绝对安全是纤维光的特出优点。因此,在使用时不会有别线漏出来的谈话,别人也不可能作非法的驳线偷听。现时还没有任何方法可从光线上窃听,即使有亦至少会大大减弱信号而引起别人注意。

◼ 效能高超。我们若想想数千个电话信息竟可以仅由一对纤维光去传送,就可以体会到以光传达通讯的奇异效能了。据估计,整本《韦氏大字典》的内容可在六秒钟内只由一根玻璃线传送至数千哩以外。

◼ 所占空间极少——不受不利环境所影响。这种新发明在许多方面使人获益。在大都市地区,这种新的特大通讯量提供的裨益是,不必装置许多设备。占满多个房间的过时接线设备现在可由占地极少的纤维光设备取而代之。同时,遥远地方,例如佛罗里达州的珊瑚岛群,现今已能享有免除噪音的服务。珊瑚岛和此类地方由于受咸水影响的不利环境,时常造成电短路和化学物品变质。可是,使用纤维光能把这种影响减至最低程度。

展望未来

这种新发明品看来前景极佳。现时的改革速度已比有些人所预期的为高。据报它的最大难题之一是要选择一种在装设之后不会随即成为过时的系统。

◼ 来自一个终端机的声音、影像和电脑。《高科技》杂志在1986年2月刊以“商业展望”为题报道说:“在美国——特别是僻远的地方——纤维光很快已成为人所喜爱的传媒,用来传送声音、数据和影像。”文章继续声称:“我们正在开始安排纤维网,使它伸展到人们家中。只使用一个终端机就可以处理声音、影像和……询问基于数据的资料。”机会正在打开,至少有些人可以安坐家中就享有购物、银行出纳、购买机票和使用图书馆等各种便利。他们甚至可以在电话交谈中会晤朋友——这一切都通过神奇的玻璃纤维光而来。

[第11页的图片]

光进入玻璃纤维线内运行时,只在内部反射而不会逸出壁外

强度极高的纤维和线壳提供保护

玻璃或塑胶包层减少光线的散逸

[第12页的图片]

细小的纤维光束可以传送与传统电线一样多——甚至更多——的电话通话

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