（ITT-ATC）

光纤是一种理想的传输媒介，并且一般来说将继续是优良的传输媒介。它的基本优点（低损耗，高带宽，小尺寸，强度的适应性，以及低成本）与特殊优点（不受电磁噪声干扰，安全和工作时安静）相结合，不仅是它独有的，而且使它恰好满足传输以及传感器和信号处理等用途的要求。

光纤原来是考虑用来导引光波波长的相干电磁波的，它经过二十多年的发展而达到现在的可用状态。与此同时，产生相干电磁波（光子受激发射）和探测用的实用化光源和探测器已经可控制地制造出来。这就为光纤充分发挥它的潜力准备好了用武之地。

光纤的前途是光明的。当我工业革命后的时代向前进展时，我们正转到一个信息密集的社会，光纤在其中是一个重要的部分。正如高速公路使近代运输系统的发展成为可能，光纤将形成我们的信息干线，为我们的信息交流提供运输系统。作为传感器和光信号处理元件，光纤已把它的用途扩展到换能器和处理器。光纤元件的明显优点是与传输媒介相匹配。这样，随着光纤性能继续提高和有关技术基础的继续建立，光纤的应用范围将进一步扩大。

石英光纤的损耗在1.55 μm波长已接近它的渐近值0.14 dB/km左右。对这损耗的精细调整，目的是要得到一种实用的光纤，它在一定光谱范围内焉有低的色散，而且能够以低成本制造出来。对于具有随频率而变并有特定剖面的折射率分布的波导，怎样求精确电磁解的基本研究，将改进光纤的设计。关于玻璃材料形成机理以及它与散射、辐射硬度、折射率和非线性系数之间关系的基本工作，将大大增加我们制作特殊用途光纤的能力。对新制造方法的不断研究，将进一步降低基本成本，以致单模光纤的成本将有一天会相近于一对铜线的成本。

从液态的组成材料出发制造玻璃的溶胶工艺（solgel process），以及预制捧的机械成形技术（它从粉状的松散材料出发），都是大规模生产的技术，只需要不多的投资，而且原材料使用效率高。它们为降低光纤成本带来新的希望。另一方面，传统技术的改进，表明通过扩大规模和增加制造速率与成品率，可以提高二至四倍。

石英光纤由于它优良的机械性能和丰富的原材料，将继续是传输光纤的主体。它们将是单模类型的。除了无中继站的应用，这种应用要求中继距离越长越好，也就是除了中间距离在200 km以上的洲际干线、横穿海洋的线路以及海岛之间的线路以外，石英光纤都是适用的。对于跨海和岛间线路的应用，需要中间距离与带宽的乘积 ~ 1000 GHzkm的低损耗光纤。虽然目前的材料研究表明，在4 ~ 10 μm波长工作时，达到10^-3 dB/km是可能的，上面的要求仍然确实是一个挑战。的确，如果材料结构能够控制，而且杂质能够被分清和去除的话，氟化物玻璃，硫属化合物玻璃和红外透射晶体应当具有预期的低损耗。解决了这些问题后，工作波长还必须限制在零色散点附近，并使用名义上的单频光源。光纤的物理性质也必须提一下。大部分材料都是难以制造，包含有毒成分并且不稳定，吸湿，或者易受环境的影响。

对于有些传感器应用，偏振保持十分重要，这就需要特殊的单模光纤。当光纤作为信号处理元件时，也要求它具有这一特性。虽然作为信号延迟线，偏振并不成为问题。多模光纤已经转到器件用途上了。它们可用作短的连接线，或是用在一些器件上，利用多模来实现色散效应。这并不意味着对多模光纤的研究都白费了。事实上，对多模系统特性的透彻了解，是单模下正常工作所必需的。此外，多模光纤的特殊性质，还可使光纤用途更广。例如，大直径渐变折射率光纤就可作为优良的透镜使用。

器件应用也需要其它特殊单模光纤。这可以用各种材料制造。GeO₂光纤可用作拉曼放大器。低温玻璃光纤可作为各种与微波中等价的元件的基础，如耦合器，衰减器，相移器等。所选择的材料，与其说是为了保证低损耗特性，不如说是为了使器件易于制造。在器件应用中，3 dB/km转换为＜10^-4 dB/10 cm，对于器件来说，10 cm是一个非常大的距离，这样的损耗是可以忽略的。

对于在恶劣环境的应用或是某些传感器应用，石英光纤需要一层非玻璃材料的覆盖物。已经成功地用SIN₂和一些金属来涂覆光纤并形成密封的外壳。但是，与涂覆方法有关，光纤的固有强度降低了，可能是由于形成表面裂痕。涂覆均匀性也可引起随温度而变的附加弯曲损耗。这方面的研究包括，通过同时或分别控制有关的同质或异质化学反应，来控制材料在玻璃表面的沉积。这将提高沉积的均匀性，附着力，并扩大可用来涂覆光纤的材料的范围。对声波不敏感的材料，热膨胀与玻璃相反的材料，磁性材料与电致伸缩材料，可使不同形式的光纤传感器更易于实现并具有更高的灵敏度。

光纤损耗在过去的情况以及未来的计划如图1所示。

光纤性能进展的主要里程碑见图2。性能以带宽与中继距离的乘积表示；图上还表示了有关的重要技术和器件的发展。

值得注意的是，带宽 - 距离乘积具有在1 km距离处理1000 GHz的能力。这就提出了终端的信号处理速率要大大提高的问题。目前光纤系统是设计来处理高达2.24 GB/s的信号的。曾经演示过的最高比特率在10 GB/s以下。两个有关的问题是：（1）将来的光电子器件可能达到10¹² b/s的速率吗？（2）如果10¹² b/s的速率确实达到了，信号处理系统的设计应如何改变，以利用这样高的信号处理速率。这两个问题是十分切合时宜的，因为光纤的传输能力足以对付这样的速率。而且，在若干种应用中，对信息容量，传输和处理速率的要求，会用到这样高的信号率。例如，如果电视电话（每路70 Mb/s）像今天的电话（每路64 kb/s）铺设得一样密，那么要求的传输速率将是今天的1000倍。而目前干线系统的传输速率是660 Mb/s。因此，需要560 Gb/s。肯定地，所有信号处理方法的原则也要重新修订，因为迄今为止，它们都是设计来保存带宽的。当带宽有充分的余量时，应当考虑那种对带宽来说是浪费的，但能简化系统总体设计而成本更低的信号处理方案。

并不奇怪，信息社会中的光纤正在刺激高速光电子器件的研究。人们猜想、电子和光子适当地结合起来使用，其有效信号处理速率，将能够超过现时硅或GaAs工艺单纯利用电子学所能得到的。

图3——高比特率技术

光电子学正在发生演变。电子材料制造技术的进展，如MBE和MOCVD方法，使人们能够制造出性能可以控制的半导体。有时这也称为带隙工程（baadgap engineering）。对于半导体材料内部电子输运机理的研究，以及超高速光谱学诊断技术的使用，是向真正实现集成的光电功能所迈出的很有意义的一步，而集成光电功能将发展成为超高速系统的建筑结构单元。

同时，综合的或独立的网络内的宽带通信正在受到提倡，特别强烈的是欧洲。

图4——宽带综合服务数据网（B-ISDN）和独立的网络。

图5——欧洲的试验系统。

现场试验不仅是试验技术可行性的机会，而且也是检验顾客对各种试验性服务的反应的机会。在最近将来，当这种系统的好处开始被人们看到，并且看到的不是常规服务的延伸，如电话到电视电话，数据传输到ISDN等，而是基于满足真正信息需要的新服务时，这类试验活动还会大大增多。股票市场信息，银行业务的即时办理，法律查询等，已经提出了强烈的要求。新的服务，由相互交流的数据库所支持的新服务，可以给各行业的工作带来竞争力。为了能够掌握我们的数据和知识资源，我们必须移得更近一些。

（以上均周幼威译）