激光的發(fā)明和光通信的發(fā)展

——1960年5月16日，世界上第一個(gè)激光器——紅寶石激光器發(fā)出了一束神奇的光，它的名字叫“激光”。最初中文的名稱叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯。LASER是英文“受激輻射的光放大”的縮寫。

——什么叫做“受激輻射”？它基于偉大的科學(xué)家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光。

——一個(gè)科學(xué)的理論從提出到實(shí)現(xiàn)，往往要經(jīng)過一段艱難的道路。愛因斯坦提出的這個(gè)理論也是如此。它很長(zhǎng)一段時(shí)間被擱置在抽屜里無人問津。一直到1951年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的一位教授查爾斯.湯斯（Townes）對(duì)微波的放大進(jìn)行了研究，經(jīng)過三年的努力，他成功地制造出了世界上第一個(gè)“微波激射器”，即“受激輻射的微波放大”的理論。湯斯在這項(xiàng)研究中花費(fèi)了大量的資金，因此他的這項(xiàng)成果被人們起了個(gè)綽號(hào)叫做“錢泵”，說他的這項(xiàng)研究花了很多的錢。后來湯斯教授和他的學(xué)生阿瑟.肖洛（Schawlow，諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲得者）想，既然我們已經(jīng)成功地研究了微波的放大，就有可能把微波放大的技術(shù)應(yīng)用于光波。1958年，湯斯的肖洛在《物理評(píng)論》雜志上發(fā)表了他們的“發(fā)明”——關(guān)于“受激輻射的光放大”（即LASER）的論文。但是他們沒有在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果這項(xiàng)研究的成果被第三者利用了。這位第三者的名字叫西奧多.梅曼（Maiman）。

——梅曼是美國(guó)加利福尼亞州休斯航空公司實(shí)驗(yàn)室的研究員。他花了兩年時(shí)間，終于制成了世界上第一個(gè)激光器——紅寶石激光器，發(fā)出了與古往今來人類所見到的和所利用的光都不相同的特殊的光——激光。激光的發(fā)現(xiàn)大大鼓舞了光通信的研究工作，沒有激光的發(fā)明就不會(huì)有今天的光通信或光纖通信。

——人類很早就利用光來傳遞信息了。烽火臺(tái)，就是古代人進(jìn)行光通信的設(shè)施。利用光波傳遞信息，一直是人們研究的目標(biāo)。一百多年前，著名的電話發(fā)明家貝爾在發(fā)明電話之后，在1880年又發(fā)明了利用太陽光進(jìn)行電話通信的“光電話”，最遠(yuǎn)的通話距離達(dá)到了213米。后來，人們又利用弧光燈的光來代替太陽光，使通話的距離延長(zhǎng)，但是最多也只能傳幾公里。原因是這些光通過大氣傳播時(shí)會(huì)受到雨、霧、煙塵等的吸收；從而造成較大的消耗；還因?yàn)檫@些光在傳播時(shí)會(huì)逐漸擴(kuò)散，即使是天氣晴朗時(shí)也會(huì)逐漸擴(kuò)散而消失。從技術(shù)上來說，無論是太陽光還是各種火花、燈光都是“不純”的光、它們的頻率、相位等光的特性是“雜亂”的，不可能用來傳送大量的信息，也不能用作遠(yuǎn)距離通信。而激光是由物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)的本質(zhì)決定的，這種光與人們已經(jīng)廣泛應(yīng)用的電磁波有類似的特性。激光的光束具有很強(qiáng)的功率、很直的直射性，光質(zhì)很“純”，也就是光波的頻率、相位等都很穩(wěn)定，因此可以用來載送信息，通信的容量很大，比微波通信還要大一萬倍！

——激光的發(fā)明給光通信的研究工作帶來了很大的希望。雖然最初發(fā)明的激光器有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，它不能持續(xù)地發(fā)光，連持續(xù)發(fā)光一秒鐘都不行，而且還必須要在極低的溫度下才能工作。這樣的激光當(dāng)然還不能用于通信。但是最初這促使更多的科學(xué)家對(duì)激光器作進(jìn)一步的研究。到1970年，貝爾研究所的林嚴(yán)雄（Hayashi）等人終于成功地研制出能在室內(nèi)常溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器，這種激光器的體積很小，只有一顆米粒那么大，并且可以用電流控制激光的強(qiáng)度，這就為光通信的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

——與研究激光器的同一年代里，科學(xué)家們也在為尋求傳導(dǎo)光的介質(zhì)而努力。1966年，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所的英藉華人高錕（K.C.KaO）發(fā)表了具有歷史意義的論文，論述了光學(xué)纖維傳輸光的前景。當(dāng)時(shí)光學(xué)玻璃纖維的傳輸損耗在每公里1000分貝以上，且居高不下。這篇論文分析了造成損耗的主要原因，并通過理論分析認(rèn)為，如果除去玻璃中的雜南，就有可能把損耗降低到每公里20分貝左右。許多國(guó)家的科學(xué)工作者受到這篇論文的鼓舞，開始了低損耗光學(xué)纖維的研究。

——也是在1970年，美國(guó)康寧玻璃公司的三位研究人員馬瑞爾（Maurer）、卡普?。↘apron）和凱克（Keck），首先研制成功了傳輸損耗只有每公里20分貝的光纖。

——在室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器和低損耗光纖是技術(shù)上的重大突破，使光纖通信立刻受到各國(guó)電信技術(shù)人員的重視，全面地開展研究工作，光纖通信終于得到了實(shí)現(xiàn)。1970年，也因此而被稱為“光纖通信元年”。

——1977年，在美國(guó)芝加哥和圣塔摩尼卡（Santa Moniea）之間首次開通了商用的光纖通信系統(tǒng)，許多人驚奇地看到：一對(duì)只有頭發(fā)絲粗細(xì)的玻璃絲（直徑0.85微米），竟然能同時(shí)開通8000路電話（傳輸速率達(dá)45兆比/秒）。這一成果震驚了世界。但是到現(xiàn)在，這樣容量的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)不足為奇了。

——光通信或是光纖通信的通信容量、或是光纖通信傳送信息的速率發(fā)展之快是十分驚人的，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)容量或傳輸速率，已經(jīng)比1977年的那個(gè)系統(tǒng)提高了2000多位。而且還有更大的容量可以開發(fā)，光纖通信以其無可比擬的超大容量，從80年代開始已經(jīng)逐漸替代電線和電纜成為現(xiàn)代電信網(wǎng)的骨干。在信息量爆炸性增長(zhǎng)的信息社會(huì)里，光纖通信成為信息傳遞的主力。到2000年，全世界80%以上的信息傳送業(yè)務(wù)都要由光纖通信來完成。

激光的發(fā)明和光通信的發(fā)展

——1960年5月16日，世界上第一個(gè)激光器——紅寶石激光器發(fā)出了一束神奇的光，它的名字叫“激光”。最初中文的名稱叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯。LASER是英文“受激輻射的光放大”的縮寫。

——什么叫做“受激輻射”？它基于偉大的科學(xué)家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光。

——一個(gè)科學(xué)的理論從提出到實(shí)現(xiàn)，往往要經(jīng)過一段艱難的