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激光的用途

2010/2/27    来源:互联网        
关键字:激光  激光加工  激光通信  激光武器  
钻孔、切割、焊接以及淬火,是加工金属材料时最常用的操作。自从引进了激光后,在加工的强度、质量以及范围等方面开创了全新的局面。除了金属材料外,激光还能加工许多非金属材料。

(l)激光通信  
    用光传递信息,在今天十分普遍。比如,舰船用灯语通信,交通灯用红、黄、绿三色调度。但是所有这些用普通光传递信息的方式,都只能局限在短距离内。要想把信息通过光直接传递到遥远的地方,就不能用普通光,而只能动用激光。  
    那么如何传递激光呢?我们知道,电是可以沿着铜线输送的,但光是不能沿着普通金属线输送的。为此,科学家们研制出来一种能够传输光的细丝,叫作光导纤维,简称光纤。光纤是用特种玻璃材料制成的,直径比人的头发丝还要细,通常为50~150 微米,而且非常柔软。  
    实际上,光纤的内芯是高折射率的透明光学玻璃,而外面的包皮层则是用低折射率的玻璃或塑料制成。这样的结构,一方面能使光沿着内芯折射前进,就像水在自来水管里往前流动,电在导线中往前传输一样,即使千绕百折也没有什么影响。另一方面,低折射率的包皮层又能阻止光外泄,就像水管不会渗水,电线的绝缘层不会导电一样。  
    光导纤维的出现解决了传递光的途径,但并不是说有了它就可以把任何光都能传送到很远很远的地方去。只有亮度高、颜色纯、方向性好的激光,才是传递信息最理想的光源,它从光纤的一端输入后,几乎没有什么损失又从另一端输出。因此,光通信实质上就是激光通信,它具有容量大、质量高、材料来源广、保密性强、经久耐用等优点,被科学家们誉为通信领域的一场革命,是技术革命中最辉煌的成果之一。  
    激光通信先进在哪里?激光通信的优点首先是容量大。它的容量有多大呢?当我们平时打电话时,讲着讲着有时会串进来不相干的说话声。这种打架现象是由于一对电话线上只能通过一路电话,如果另外串进来一路电话,正常的通话双方就会受到干扰。假如有10对人同时用一对电话线通话,就等于20个人同时讲话,那就根本无法通话了。为了解决这个问题,就必须采用载波等方法,使各路电话分别处在各个频段上。由于普通电话的频率范围为300~400赫,而在一对电话线上最高频率只有1500千赫,所以在一对电话线上只能同时通过十几路电话。显然,这样的电信容量是远远不能满足当今信息社会的要求的。  
    如果我们把普通电话的传输信息量比作是小推车的话,那么激光通信则是汽车。由于激光的频率要比无线电波高得多,所以激光通信的信息容量要比电气通信大10亿倍。一根比头发丝还细的光纤就可以传输几万路电话或几千路电视节目。由20根光纤组成的光缆只有一支铅笔那样粗细,每天可以通话76200人次。相比之下,由1800根铜线组成的电缆,直径约7.6厘米,但每天却只能通话900人次。  
    尤其令人惊讶的是,光纤通信特别适合于电视、图像和数字的传递。据报道,一对光纤可在一分种内传递全套《大英百科全书》。  
    此外,制造光导纤维的材料是地球上到处都有的砂子——石英,只要几克石英就能制造出1千米长的光纤。这样,不仅原材料取之不尽、用之不竭,还可以大大节约铜和铝材。正因为如此,目前世界上发达国家都在竞相研究激光通信。于是激光通信成了争相发展的宠儿。
    在通信技术史上,光纤通信技术的发展之快是前所未有的。拿通信技术史上的几个里程碑来看,电话从发明到应用,花费了60年左右的时间,并且电话通信至今仍大量、普遍使用。无线电技术(例如电报)从发明到应用也花了30年左右时间。电视技术虽然发展较快,但仍然孕育了约14年。而激光通信,从第一根低损耗光导纤维的诞生到应用,总共只有5年时间。现在激光通信不仅应用广泛,而且形成了巨大的光纤市场。  
    1977年5月,美国有一家大公司叫电报电话公司,它在芝加哥市内的两个电话局之间,敷设了世界上第一条短距离的光导纤维通信线路,此后在全美国近百个地方建立了总长几百千米的短距离激光通信线路。这就意味着在短距离内,激光通信已开始取代普通的电气通信。到了1983年,美国纽约到波士顿之间长达600千米的光导纤维通信已投入使用。  
    紧跟在美国后面的是日本。1984年,日本完成了从北海道的札幌至九州福冈的长距离光导纤维通信干线,全长达2800千米,中间联结着30多个城市。1993年12月,中国和日本之间横跨东海的光纤电缆已铺设成功。日本和美国之间横跨太平洋的长达1万千米的海底光缆也在设计中。

责任编辑:杜凯
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