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43年前中国第一根光纤诞生 如今规模全球领先

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发表于 2020-4-12 17:45:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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文章来源:2020年4月1日期《中国战略新兴产业》,作者:徐晨曦
如今,中国是光纤通信技术世界最先进的国家之一,全国通信网的传输光纤化超8成以上,光纤光缆年产量更是占全球一半以上。随着“互联网+”行动计划、中国制造2025、“宽带中国”战略、一带一路等国家政策作用下,推动着我国光纤光缆市场在过去几年蓬勃发展。
数字化、网络化、智能化为特征的信息化浪潮蓬勃兴起,当今世界正在进入以信息产业为主导的经济发展时期。作为信息传导的主要载体,光纤可谓是社会信息化的“神经”。
光纤从最初的理论概念到真正可实现光通信的产品前前后后经历了100多年的时间。当100多年前的科学家们发现并论述光的种种特性时,也许很难想到就是这些特性使人类的沟通方式发生了革命性的改变,以至于深远地影响了整个人类社会的发展进程。
1842年,瑞士物理学家Jean-Daniel Colladon演示了一个简单的实验,在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲。光居然被弯弯曲曲的水俘获了。难道光线不是直线传输吗?这一现象,叫做光的全内反射作用,即光从光密介质进入光疏介质时入射角增大到某临界角时,会产生全反射。
实验中,光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中弯曲前进,实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只不过是在内表面上发生了多次全内反射前传播。通过该实验,可以依靠光折射现象来引导光线的理论被提出。
1887年,英国科学家Charles Vernon Boys在实验室里拉出了第一条光纤。他先将玻璃棒加热,再用弓箭将玻璃棒射出,箭带动热玻璃在实验室里拉出了一道长长的玻璃纤维。
发现光可以在“光纤”中传输的这一特性后,最初利用这一传输特性的实际应用出现还要在1920年左右,但那时科学家们的主要研究方向是通过光纤进行图象传输。具体的应用比如医学窥镜,用于军事的可弯曲潜望镜,甚至应用于早期的电视中。1956年可弯曲的光纤内窥镜诞生,被看作光纤技术历史上的一个标志性产品。
时间线发展到20世纪60年代初期,华裔物理学家、教育家,香港中文大学前校长高琨提出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径,由此奠定了现代光纤通信的基础。
1957年开始,高锟即从事光导纤维在通讯领域运用的研究。1966年,高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文,开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理,这一概念尤其是实现光通信的基础结构和材质方面的观点,很大程度上描绘了当今的光纤通信概貌。其中提出,只要解决好玻璃纯度和成分等问题,就能够利用玻璃制作光学纤维,从而高效传输信息。这一设想提出之后,有人认为匪夷所思,也有人对此大加褒扬。但在争论中,高锟的设想逐步变成现实,利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛,全世界掀起了一场光纤通信的革命。1970年,美国康宁公司研制出可用于通信的光纤,1976年世界第一条民用的光纤通信线路在美国华盛顿到亚特兰大间开通。
2009年,高琨因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出突破性成就,获得诺贝尔物理学奖。
伴随技术不断成熟,现在单根光导纤维的数据传输速率能达几Gbps。光纤再由几层保护结构包覆后形成的光缆,传递信息的速度更超100TB/s,充分发挥了光纤通信的优越性。人们开始真正感觉到光纤通信巨大的优越性。
如今,当我们能随时随上网,舒适享受宽带接入所带来的信息便利之时,还不得不提到“中国光纤之父”——中国工程院院士赵梓森。
武汉是中国光纤通信的发源地。1977年,赵梓森和研究团队通过近3年努力,在无比简陋条件下研制出了中国第一根实用型光纤,采用石英光纤作传输介质、半导体激光器作光源、脉冲编码调制为通信制式的方案建立了中国的光纤通信技术体系。赵梓森领导科研技术团队架设起贯通全国的光纤通信线路,主导借鉴和引进国外先进制造技术发展我国的光纤通信产业,倡议并支撑建立起“武汉·中国光谷”这个全球最大的光电子产品研产基地。
1982年12月31日,中国光纤通信的第一个实用化系统——“八二工程”按期全线开通,正式进入武汉市市话网,标志着中国进入光纤数字化通信时代。
如今,中国是光纤通信技术世界最先进的国家之一,全国通信网的传输光纤化超8成以上,光纤光缆年产量更是占全球一半以上。随着“互联网+”行动计划、中国制造2025、“宽带中国”战略、一带一路等国家政策作用下,推动着我国光纤光缆市场在过去几年蓬勃发展。
今年1月召开的全国工业和信息化工作会议上提出,2020年,要稳步推进5G网络建设,力争2020年底实现全国所有地级市覆盖5G网络。会议指出要优化提升网络供给质量,深化电信普遍服务,重点支持边疆和偏远地区网络深度覆盖。进一步扩大通信网络覆盖、优化提升网络供给质量上下功夫,要继续深化电信普遍服务。
我国5G网络建设的规模和速度已有了明晰的安排。基于5G网络低延时、高速率、广覆盖面积等特点和超密集组网的方式,推进5G网络建设对基站数量,光纤光缆升级都提出了新的要求,对光纤光缆的市场需求有巨大的拉动作用。可以预见的是,在5G时代,光纤作为5G智能时代的神经网络,还将随着未来5到10年的5G建网周期放量增长,使得光纤市场规模进一步扩大,领军企业的实力不断增强。

本文封面图来源于图虫创意

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