43年前中國第一根光纖誕生 如今規模全球領先

中國戰略新興產業雜誌融媒體記者 徐晨曦

如今,中國是光纖通信技術世界最先進的國家之一,全國通信網的傳輸光纖化超8成以上,光纖光纜年產量更是佔全球一半以上。隨著“互聯網+”行動計劃、中國製造2025、“寬帶中國”戰略、一帶一路等國家政策作用下,推動著我國光纖光纜市場在過去幾年蓬勃發展。

數字化、網絡化、智能化為特徵的信息化浪潮蓬勃興起,當今世界正在進入以信息產業為主導的經濟發展時期。作為信息傳導的主要載體,光纖可謂是社會信息化的“神經”。

光纖從最初的理論概念到真正可實現光通信的產品前前後後經歷了100多年的時間。當100多年前的科學家們發現並論述光的種種特性時,也許很難想到就是這些特性使人類的溝通方式發生了革命性的改變,以至於深遠地影響了整個人類社會的發展進程。

1842年,瑞士物理學家Jean-Daniel Colladon演示了一個簡單的實驗,在裝滿水的木桶上鑽個孔,然後用燈從桶上邊把水照亮。結果使觀眾們大吃一驚。人們看到,放光的水從水桶的小孔裡流了出來,水流彎曲,光線也跟著彎曲。光居然被彎彎曲曲的水俘獲了。難道光線不是直線傳輸嗎?這一現象,叫做光的全內反射作用,即光從光密介質進入光疏介質時入射角增大到某臨界角時,會產生全反射。

實驗中,光從水中射向空氣,當入射角大於某一角度時,折射光線消失,全部光線都反射回水中。表面上看,光好像在水流中彎曲前進,實際上,在彎曲的水流裡,光仍沿直線傳播,只不過是在內表面上發生了多次全內反射前傳播。通過該實驗,可以依靠光折射現象來引導光線的理論被提出。

1887年,英國科學家Charles Vernon Boys在實驗室裡拉出了第一條光纖。他先將玻璃棒加熱,再用弓箭將玻璃棒射出,箭帶動熱玻璃在實驗室裡拉出了一道長長的玻璃纖維。

發現光可以在“光纖”中傳輸的這一特性後,最初利用這一傳輸特性的實際應用出現還要在1920年左右,但那時科學家們的主要研究方向是通過光纖進行圖象傳輸。具體的應用比如醫學窺鏡,用於軍事的可彎曲潛望鏡,甚至應用於早期的電視中。1956年可彎曲的光纖內窺鏡誕生,被看作光纖技術歷史上的一個標誌性產品。

時間線發展到20世紀60年代初期,華裔物理學家、教育家,香港中文大學前校長高琨提出了利用光纖進行信息傳輸的可能性和技術途徑,由此奠定了現代光纖通信的基礎。

1957年開始,高錕即從事光導纖維在通訊領域運用的研究。1966年,高錕發表了一篇題為《光頻率介質纖維表面波導》的論文,開創性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理,這一概念尤其是實現光通信的基礎結構和材質方面的觀點,很大程度上描繪了當今的光纖通信概貌。其中提出,只要解決好玻璃純度和成分等問題,就能夠利用玻璃製作光學纖維,從而高效傳輸信息。這一設想提出之後,有人認為匪夷所思,也有人對此大加褒揚。但在爭論中,高錕的設想逐步變成現實,利用石英玻璃製成的光纖應用越來越廣泛,全世界掀起了一場光纖通信的革命。1970年,美國康寧公司研製出可用於通信的光纖,1976年世界第一條民用的光纖通信線路在美國華盛頓到亞特蘭大間開通。

2009年,高琨因在“有關光在纖維中的傳輸以用於光學通信方面”作出突破性成就,獲得諾貝爾物理學獎。

伴隨技術不斷成熟,現在單根光導纖維的數據傳輸速率能達幾Gbps。光纖再由幾層保護結構包覆後形成的光纜,傳遞信息的速度更超100TB/s,充分發揮了光纖通信的優越性。人們開始真正感覺到光纖通信巨大的優越性。

43年前中国第一根光纤诞生 如今规模全球领先

如今,當我們能隨時隨上網,舒適享受寬帶接入所帶來的信息便利之時,還不得不提到“中國光纖之父”——中國工程院院士趙梓森。

武漢是中國光纖通信的發源地。1977年,趙梓森和研究團隊通過近3年努力,在無比簡陋條件下研製出了中國第一根實用型光纖,採用石英光纖作傳輸介質、半導體激光器作光源、脈衝編碼調製為通信制式的方案建立了中國的光纖通信技術體系。趙梓森領導科研技術團隊架設起貫通全國的光纖通信線路,主導借鑑和引進國外先進製造技術發展我國的光纖通信產業,倡議並支撐建立起“武漢·中國光谷”這個全球最大的光電子產品研產基地。

1982年12月31日,中國光纖通信的第一個實用化系統——“八二工程”按期全線開通,正式進入武漢市市話網,標誌著中國進入光纖數字化通信時代。

今年1月召開的全國工業和信息化工作會議上提出,2020年,要穩步推進5G網絡建設,力爭2020年底實現全國所有地級市覆蓋5G網絡。會議指出要優化提升網絡供給質量,深化電信普遍服務,重點支持邊疆和偏遠地區網絡深度覆蓋。進一步擴大通信網絡覆蓋、優化提升網絡供給質量上下功夫,要繼續深化電信普遍服務。

我國5G網絡建設的規模和速度已有了明晰的安排。基於5G網絡低延時、高速率、廣覆蓋面積等特點和超密集組網的方式,推進5G網絡建設對基站數量,光纖光纜升級都提出了新的要求,對光纖光纜的市場需求有巨大的拉動作用。可以預見的是,在5G時代,光纖作為5G智能時代的神經網絡,還將隨著未來5到10年的5G建網週期放量增長,使得光纖市場規模進一步擴大,領軍企業的實力不斷增強。

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