科学时报：未来城市期盼高速光纤
发布时间：2010-12-21 08:37:38 热度：1333
12/21/2010，近日，由复旦大学等承办的亚洲光纤通信与光电国际会议（ACP2010）及博览会在上海举行。来自全球光电光通信专家及产业界人士700余人参加了本次盛会。在为期3天的会议中，专家们针对光纤传输、器件、光网络工程、生物光子学等光电和光通信中最先进和最有前景的领域进行了深入讨论。
高速光纤：i城市的“钢筋水泥”
公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求；坐在办公室发一条短信指令，就能让在家待命的电饭锅开始煮饭；医生能遥控测量病人体温……这将是物联网时代的图景。
在美国，奥巴马已经提出“智慧地球”的概念；在中国，温家宝总理也提出要“加快决定未来的物联网研用”。
物联网、云计算、三网融合等已成为现代信息社会最热门的关键词，但这些无不依赖高速大功率的信息传播。如果信息传播的基础——光纤技术没有关键性突破，那就只能是“雾里看花物联网”“人云亦云云计算”了。
如果说发达的网络将构建一座神奇的虚拟城市，那么光通信就是这座虚拟城市的钢筋水泥。“我们现在的地底下铺满了光纤。”ACP项目负责人、复旦大学通信工程系主任迟楠说，“虽然光通信在家里看不见摸不着，但它是整个信息社会的基础。”
“光网络是绿色的，可节省很多能量。”迟楠告诉记者。
目前的光通信技术仍无法满足信息需求。据迟楠介绍，大量3D电影上映，大量视频网站如土豆、优酷的火热，使网络流量超指数增长。要让带宽支持巨大的信息流量，唯有发展高速大容量的光纤传播。现在，国际上物联网等普遍需要40G的高速光纤，但这样的光纤大多需要引进国外精密器件。
据迟楠透露：“我国现在连10G的器材都做不好。”因此，发展核心技术成为重中之重。而上海作为科技重镇，更要发展高附加值、高技术含量的光通信产业。
可见光通讯：便利安全
相信人们对上海世博会上使用的15亿个LED灯所制造的灯光效果印象深刻。如今，这种节能环保的“绿色可见光”除了在照明领域扩展外，开始向通讯领域伸展，一种新兴的“LED可见光通讯技术”正在悄然兴起。
据复旦大学电光源研究所所长刘木清教授介绍，利用LED可见光通讯技术，人们可以舍弃拥挤不堪的射频、频宽，改用速度快到人眼难以辨识的LED切换方式来传送数据。可以说，这是未来LED的重要发展方向：利用荧光灯或是白光LED等室内照明设备，发出肉眼无法察觉的高速明暗闪烁讯号，以无线方式来传输资料。LED可见光通讯技术可避免一般无线局域网（WLAN）或高频无线传输的电磁波对人体与周边电子设备造成干扰的影响，并可取代无线基地台，同时具备安全性高的特点。目前，许多标准组织或者得到政府资助的计划都开始研发LED可见光通讯，其前景十分看好。毕竟仅传统照明市场的规模便达到数兆美元，未来过渡到固态照明市场，其商机十分可观。
今年5月，中科院半导体照明研究取得重大突破，通过LED发出的光线可以连接宽带网络。这就意味着中国LED照明迈入光通讯，可实现无线上网。这一方向在ACP2010上也是讨论热点。
刘木清介绍，LED灯光可以无线上网的奥秘是：LED灯光可以通过每秒200万次的开关动作，发出调制过的信号，完成信息和指令的传输。目前，最大传输可以实现每秒2M的速度，未来可达到每秒上G的接入速度。LED灯光无线上网非常便利，特别有利于飞机或者水下传输。目前，美国、日本和欧洲都开始了关于LED无线通信技术的研发。
改变生活的特种光纤
特种光纤是由特种材料制造并具有特种功能的光纤。它的主要作用不在于通信传播，在工业、医疗等与人类生活密切相关的领域均有着广泛应用。
激光手术刀便是特种光纤的应用之一。利用激光手术刀切开组织时不会出现或仅出现很少的流血现象，并同时具有止血的作用，所以又被称为魔术手术刀。它利用超短脉冲光发射光的时间特别短这种特殊性质，通过改变波长，实现不同的功效。激光的波长在3mm时具有切开组织的作用，在1～2mm时具有使血液凝固的作用。
微创医疗中的胃镜检查是特种光纤的又一应用，称为图像呈现光纤。它以光纤束的形式工作，由几百根甚至几千根光纤组成。医生通过胃镜中的光纤图像，可以清楚地看到病人胃部的病理情况，作出合适的治疗。
在工业上，特种光纤也大显身手，特种光纤利用超短脉冲发光时间极其短的原理，产生瞬间超强功率，能轻松完成切割大块钢板等任务。
特种光纤还能运用在有毒有害气体检验上。不同波长的激光在通过气体时，如其波长正好与某种气体的振动波长相近就会产生共振作用，此时激光会被气体吸收。由此，根据不同波长激光的吸收情况，便可轻松鉴定气体成分。此外，特种光纤在红外诊断、半导体材料加工、激光焊接等领域均有着广泛应用。
ACP2010上，专家们认为，缺乏合适的特种光纤制作材料，是制约特种光纤改变生活的主要因素。超短脉冲产生的瞬间超高功率对光纤材料要求很高。现在，主流的光纤制作材料是二氧化硅，其传播光的波长限制在近红外区域。而对波长很短（如紫外光）或很长的（如中、远红外光的吸收作用）光吸收均很大，所以使用二氧化硅材质的光纤来传导波长很短或很长的光时损耗将会急剧上升。特种光纤所用的传输光的波长就属于中、远红外的范围，因此二氧化硅材料制作的光纤不能应用于特种光纤领域。因此，开发非通信光纤和中、远红外光纤显得非常重要。
高速光纤：i城市的“钢筋水泥”
公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求；坐在办公室发一条短信指令，就能让在家待命的电饭锅开始煮饭；医生能遥控测量病人体温……这将是物联网时代的图景。
在美国，奥巴马已经提出“智慧地球”的概念；在中国，温家宝总理也提出要“加快决定未来的物联网研用”。
物联网、云计算、三网融合等已成为现代信息社会最热门的关键词，但这些无不依赖高速大功率的信息传播。如果信息传播的基础——光纤技术没有关键性突破，那就只能是“雾里看花物联网”“人云亦云云计算”了。
如果说发达的网络将构建一座神奇的虚拟城市，那么光通信就是这座虚拟城市的钢筋水泥。“我们现在的地底下铺满了光纤。”ACP项目负责人、复旦大学通信工程系主任迟楠说，“虽然光通信在家里看不见摸不着，但它是整个信息社会的基础。”
“光网络是绿色的，可节省很多能量。”迟楠告诉记者。
目前的光通信技术仍无法满足信息需求。据迟楠介绍，大量3D电影上映，大量视频网站如土豆、优酷的火热，使网络流量超指数增长。要让带宽支持巨大的信息流量，唯有发展高速大容量的光纤传播。现在，国际上物联网等普遍需要40G的高速光纤，但这样的光纤大多需要引进国外精密器件。
据迟楠透露：“我国现在连10G的器材都做不好。”因此，发展核心技术成为重中之重。而上海作为科技重镇，更要发展高附加值、高技术含量的光通信产业。
可见光通讯：便利安全
相信人们对上海世博会上使用的15亿个LED灯所制造的灯光效果印象深刻。如今，这种节能环保的“绿色可见光”除了在照明领域扩展外，开始向通讯领域伸展，一种新兴的“LED可见光通讯技术”正在悄然兴起。
据复旦大学电光源研究所所长刘木清教授介绍，利用LED可见光通讯技术，人们可以舍弃拥挤不堪的射频、频宽，改用速度快到人眼难以辨识的LED切换方式来传送数据。可以说，这是未来LED的重要发展方向：利用荧光灯或是白光LED等室内照明设备，发出肉眼无法察觉的高速明暗闪烁讯号，以无线方式来传输资料。LED可见光通讯技术可避免一般无线局域网（WLAN）或高频无线传输的电磁波对人体与周边电子设备造成干扰的影响，并可取代无线基地台，同时具备安全性高的特点。目前，许多标准组织或者得到政府资助的计划都开始研发LED可见光通讯，其前景十分看好。毕竟仅传统照明市场的规模便达到数兆美元，未来过渡到固态照明市场，其商机十分可观。
今年5月，中科院半导体照明研究取得重大突破，通过LED发出的光线可以连接宽带网络。这就意味着中国LED照明迈入光通讯，可实现无线上网。这一方向在ACP2010上也是讨论热点。
刘木清介绍，LED灯光可以无线上网的奥秘是：LED灯光可以通过每秒200万次的开关动作，发出调制过的信号，完成信息和指令的传输。目前，最大传输可以实现每秒2M的速度，未来可达到每秒上G的接入速度。LED灯光无线上网非常便利，特别有利于飞机或者水下传输。目前，美国、日本和欧洲都开始了关于LED无线通信技术的研发。
改变生活的特种光纤
特种光纤是由特种材料制造并具有特种功能的光纤。它的主要作用不在于通信传播，在工业、医疗等与人类生活密切相关的领域均有着广泛应用。
激光手术刀便是特种光纤的应用之一。利用激光手术刀切开组织时不会出现或仅出现很少的流血现象，并同时具有止血的作用，所以又被称为魔术手术刀。它利用超短脉冲光发射光的时间特别短这种特殊性质，通过改变波长，实现不同的功效。激光的波长在3mm时具有切开组织的作用，在1～2mm时具有使血液凝固的作用。
微创医疗中的胃镜检查是特种光纤的又一应用，称为图像呈现光纤。它以光纤束的形式工作，由几百根甚至几千根光纤组成。医生通过胃镜中的光纤图像，可以清楚地看到病人胃部的病理情况，作出合适的治疗。
在工业上，特种光纤也大显身手，特种光纤利用超短脉冲发光时间极其短的原理，产生瞬间超强功率，能轻松完成切割大块钢板等任务。
特种光纤还能运用在有毒有害气体检验上。不同波长的激光在通过气体时，如其波长正好与某种气体的振动波长相近就会产生共振作用，此时激光会被气体吸收。由此，根据不同波长激光的吸收情况，便可轻松鉴定气体成分。此外，特种光纤在红外诊断、半导体材料加工、激光焊接等领域均有着广泛应用。
ACP2010上，专家们认为，缺乏合适的特种光纤制作材料，是制约特种光纤改变生活的主要因素。超短脉冲产生的瞬间超高功率对光纤材料要求很高。现在，主流的光纤制作材料是二氧化硅，其传播光的波长限制在近红外区域。而对波长很短（如紫外光）或很长的（如中、远红外光的吸收作用）光吸收均很大，所以使用二氧化硅材质的光纤来传导波长很短或很长的光时损耗将会急剧上升。特种光纤所用的传输光的波长就属于中、远红外的范围，因此二氧化硅材料制作的光纤不能应用于特种光纤领域。因此，开发非通信光纤和中、远红外光纤显得非常重要。
