激光通信-奇妙的电与磁
从前边所叙述的内容，我们可以看到在现代通信中，无线电波已经能把语言、声音、文字、数据和图像传播到四面八方。人们已不必为传递信息的速度而烦恼，因为无线电波的速度是每秒30万千米，没有什么比这个速度再快的了。然而，在现代通信中使用的无线电波只是电磁波的一部分，其他的主要是光波。
从通信事业发展的历史过程看，作为开路先锋的恰恰是光波。早在公元前700多年，烽火报警就为我们的祖先抵御外来人侵之敌立下了汗马功劳。2000多年以后，无规则的火花又率先成为人们了解电磁波的先驱。后来只是因为普通的光波不是相干波，频率范围很宽，相位也很不规则，而且通信距离短，质量也不稳定，于是才逐渐被无线电波所代替。但是无情的历史也常常会愚弄人，又经过了200多年科学技术的突飞猛进，今天人们又不得不依靠光波来传递信息了，激光通信就是一例。但这不是简单的复古，而是有着本质上的不同。
那么，什么是激光呢？简单地说，当原子处于高能状态时，如果用一个光子去刺激它，使它由高能状态回到低能状态，同时放出两个光子，然后以这两个光子再去分别刺激其他高能状态的原子，以此类推形成光放大，这样形成的光就叫做激光。所谓激光就是“受激辐射光放大”的简称，它的特点是：单色性好，相干性好，方向性好，辐射的能量高度集中。可见，激光是与普通光有着本质区别的一种特殊的光。自从在1960年第一台激光器问世以来，激光科学和激光技术的发展非常迅速。激光在机械加工、电子工业、精密测量、军事武器、医学治疗、通信技术等方面均有大量应用。我国的激光技术发展也非常迅速，这一尖端技术在我国现代化建设中，必将发挥日益重要的作用。
利用激光通信有两种方式，一种是激光大气通信，另一种是光纤通信。
激光大气通信，是以激光为光源，采用光调制器将信息调制在激光上，再通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来送到光探测器，它把激光信号变为电信号，再经过放大解调后又变为原来的信号。激光大气通信的缺点是容易受气候的影响，比如，大雾天气下传输的衰耗值是晴天时的50倍，这是因为激光光波的波长很短，激光中的光粒子与大气中尘埃和水汽滴大小可以比拟，所以它们能散射和吸收激光能。此外，大气的湍流运动也会使激光束在传播过程中产生闪烁和弥散，从而影响激光通信的效果。所以在地面通信中，激光的大气传输只能用于近距离的点间通信。在宇宙航行中，同步卫星之间的高空大气极为稀薄，这时用激光进行中继通信，信号传递的效果是很好的。但这时又会遇到新的困难，这就是光束太窄，光学设备的对准、控制和跟踪等都很不方便。
光纤通信是利用石英玻璃拉制成的导光纤维作为传输媒介的通信方式。这里利用了光的全反射原理，将激光束限制在光纤芯中传播，这样就可以避开大气的干扰，减少能量损失，从而使信息传输的距离更远。光纤通信中有两个关键性问题：其一，要有高质量的光纤为基础；其二，要有功率大、效率高、单色性好、寿命长的激光器作保证。现在对这两方面的问题，人们正在研究和改进之中。
光纤通信和有线电缆通信的过程相似，不过载波是激光(电磁波)而不是电流。它的工作原理大致是：把所传输的信息(如声音)变成电信号，通过改变激光器电流的方法，对激光器发出的细小光束进行调制，受调制的激光束通过光纤维的长距离传送，经过若干个中继站到达收信端，再通过收信端光电子管的检测，就把从光纤维中传输过来的光信号还原成电信号，受话器又把电信号转变为原来的信息(如声音等)。
光纤是一种细如发丝的玻璃线，能“携带”光线。由于激光的频率很高(波长只有几微米)，一根光纤虽然只有头发丝那么细，但它传输的信息量却很大。据初步估算，一根光纤可以同时传送150万路电话或2万个电视节目。如果把几十根或几百根光纤维制成一条光缆，其外形直径也不过1～2厘米，而通信容量却大得惊人。光纤维也叫“光电线”，简称光纤，它是1966年由美国阿穆尔研究所的汤斯发明的。
1977年是光纤通信取得重要进展的一年，美国康宁公司制造出了第一根低损耗光导纤维，它的光能损耗小，使远距离的光通信有了实现的可能。此外，一种高效率的、能在各种环境下长期工作的半导体激光器也制造成功，它就是双异质结砷化镓激光器，这是光纤通信比较理想的光源，通常只要几十毫安的微弱电流就可以激发它。
1976年，英国有两个城市间敷设了一条光缆，这个光纤系统能同时提供1920条电话通路。1982年，英国电信电话公司进行102千米光纤无中继传输的试验，取得了成功。1983年，美国电话电报公司将光纤通信广泛应用于公用通信网，使用光缆长度近20万千米。与此同时，日本也大力发展了光纤通信系统，还敷设了一条贯穿日本南北的光缆干线。
我国从1977年以来，先后在上海、北京、桂林、武汉等地建立了光纤通信试验系统，近几年来又有了进一步的发展。
与通常的通信电缆相比，光缆轻、成本低，能节约大量的金属资源。从加热的玻璃棒一端，能拉出透明度极高、长达20千米的光纤来。
光纤通信具有突出的优点：一是传输信息的容量大，线。路损耗低；二是在同一条通道上能进行双向传输，用户能通过交互信息系统与对方对话；三是抗干扰能力强，通信质量好；四是投资少，收效快，敷设方便，保密性好。因此，光纤通信是一种比较理想的通信方式，只要不断努力和改进，它的优点一定能得到充分的发挥，有着光明的发展前景。
光纤通信技术的应用，揭开了利用电磁波传送信息的新纪元。可以预料，它与卫星通信一起，必将对人类社会的信息传递带来无法估量的影响。
