少年科學粉｜一根光纖近300億人同時通話！光通信技術是如何崛起的？
撰文/看風景的蝸牛君
本文節選自《知識就是力量》雜誌
據人民日報客戶端消息，我國光通信技術再次取得突破性進展。記者日前從中國信息通信科技集團獲悉，科研人員在國內首次實現1.06Pbit/s超大容量波分復用及空分復用的光傳輸系統實驗，可以實現一根光纖上近300億人同時通話，標誌著我國在「超大容量、超長距離、超高速率」光通信系統研究領域邁向了新的台階。
那光通信技術是如何崛起的呢？今天我們就來看一看。
有文獻記載的最早的光通信要算我國的烽火台告警系統了（公元前771年）。烽火用來傳遞軍情信息。遇到敵人來襲，白天點燃摻有狼糞的柴草，讓濃煙直上雲霄，稱為「燧」；夜晚則燃燒加有硫黃和硝石的乾柴，使火光通明，稱為「烽」。一個個烽燧台相連，構成警戒網路，以可見的狼煙和火光向各方報警。這種方式即是最原始的長距離光通信。
「烽火戲諸侯」的故事發生在驪山上，圖為1985年臨潼縣縣政府在烽火台原址上重新修建的烽火台，供遊人觀賞
由於局限性，狼煙與烽火只能表達「有或無」，卻無法傳遞更多更複雜的信息。近代意義上真正的光通信是由貝爾發明的，貝爾在發明電話之後，進一步發明了一種利用光來進行通信的方法，並製成了「光電話」。
貝爾在論文《關於利用光線進行聲音的產生與複製》中闡述了光電話的原理：利用太陽光或弧光燈作為光源，將光束聚焦於話筒的震動片上，隨著人的講話，震動片反射的光也會產生強弱的變化（信號的調製），接收端通過拋物面把光信號聚焦到光電池上，將光電池電流變化轉化為聲音信號（信號的解調）。貝爾通過這種方法，實現了兩百多米的通信距離。雖然這在他所處的那個年代是一個了不起的技術成就，但是由於光在大氣中傳播損耗太過明顯，遠距離通信非常困難，有遮擋物時更是無法通信，因此光電話最終被束之高閣。
光接收機，貝爾無線光通信系統的一半（圖片來源/WIKI）
為了解決上述問題，科學家們提出了一種將光封閉在一個「管道」中進行通信的方案。因為光具有「全反射」的特性，因此我們可以選用恰當折射率的材料，並在最外層進行包裹保護，製成這樣一條光的管道，這就是光纖的基本原理。
回首望去，擁有上帝視角的我們會覺得光纖的原理如此簡單，用於光通信似乎順理成章，但其實這一過程遠沒有我們想像的那麼容易。最早用於製作光纖的玻璃材料損耗很大，根本無法用於遠距離通信；其他方面問題也很多，甚至連合適的光源都沒有。
高錕
但以科學家高錕為代表的科學家們奉獻了無數的汗水與智慧，最終讓光纖通信風靡世界。（點擊可回顧：懷念「光纖之父」高錕：以光速連通信息時代）
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