书城科普《物理知识篇》(上)(科普知识百科全书)
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第15章 奇妙的电与磁(12)

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******。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。

电子战

20世纪初,在军事上人们便开始了利用无线电通信,以保证作战指挥上的需要。紧接着,敌对双方彼此截获、破译和干扰无线电信号的通信悄然兴起,对抗斗争也随之产生,逐渐地揭开了电子战的序幕。

现在,无论是陆军、海军还是空军,其武器装备以及通信联络设备,都大量使用了电子设备和器材。在这种情况下,怎样设法侦察、干扰和压制敌方的电子设备,如何采取措施保护己方的电子设备免受侦察、干扰和压制,在现代战争中已是越来越重要的现实问题了。因此,电子战已引起了世界各国军事家们的关注。据报道,前苏联军队曾认为,发展无线电电子器材和发展火箭核武器具有同样重要的意义。美军则认为,现在已进入了电子战时代,当前夺取和保持电磁优势,比第二次世界大战中夺取空中优势更为重要。由此可见,电子战已经不是传统军事力量的一个补充,而是整个战争能力的有机组成部分,它已渗透到战争的各个方面。各国军事专家们普遍认为,今天的电子战已经成为与地面、海洋和空间作战相并列的“第四维”、战场。1970年的中东战争和1982年的马岛战争等许多战例,都充分说明了电子战在现代战争中的作用。

自20世纪初逐渐拉开电子战的序幕之后,至今电子战的范围已日益扩大,已从地面、海上、空中逐渐扩展到宇宙空间。其中,有通信对抗、雷达对抗、兵器制导对抗等等。此外,还有声纳、红外、激光等光电技术领域的对抗。

1914年,第一次世界大战一开始,电子战这条看不见的战线便悄悄地层开了。据有关材料记载,1914年8月4日,德军入侵比利时,当天夜晚英国对德国宣战。在战斗打响以后,英国在地中海的“格罗斯塔”号巡洋舰上,突然发现两艘德国战舰——“格义班”号和“布瑞斯劳”号,于是及时用无线电向基地发出电磁波信号,要求增援。但狡猾的德军截获了这一信息,便施放电磁波信号进行干扰,破坏了英军“格罗斯塔”号巡洋舰和基地的联系,趁着夜色逃走了。这是海军作战史上较早的一次典型的电子战。

第二次世界大战阶段,在1940年11月14日夜晚,法西斯德国空军对英国大城市考文垂进行了夜间大轰炸。装备有特殊仪器的德国空军第100轰炸机联队,在伸手不见五指的夜空,准确地飞到了英国的纵深地带,在考文垂市的上空,投下了大量的燃烧弹,使市区多处发生大火灾。冲天的火光为后续的德国轰炸机群指示了投弹目标。紧接着,大约有400多架德国轰炸机,对这个城市进行了连续10多个小时的狂轰滥炸。使这个城市受到了极大的损失,考文垂市区的大部分都变成了一片瓦砾。

那么,当时德国空军第100轰炸机联队是凭着什么本事,能在漆黑的夜里准确无误地飞到考文垂市的上空的呢?

原来德军把这次大轰炸叫做“x式”轰炸。这种神奇的轰炸是在电磁波的指引下进行的,轰炸机在向目标飞行之前,首先要从德国空军基地向目标开辟一条没有阻碍的电子通道。

如果飞机的航向始终同这条电磁波束相一致,飞行员便可从耳机中听到一种连续的声音;如果航向偏离了电波束,那连续声马上会变成断续的声音。在那个“月黑杀人夜”中,就是这条神秘的电波束,在起着微妙的导航作用。