李志民：互联网的物质载体

　当今，人们已经非常习惯于生活中无所不在的互联网应用，办公、点餐、购物、社交，可以说，如果没有了互联网，人们的生活将变得难以想象。提起互联网，很多人会想到淘宝、腾讯、谷歌、脸书等，实际上他们只是互联网的使用者。如果我们把互联网这个信息高速高路比作现实中的高速公路的话，淘宝、腾讯等只是高速路上跑的车。

　　信息高速公路是如何建起来的呢？虚拟世界的互联网，有着自己特有的物质基础。2009年，诺贝尔物理学奖授予了华裔物理学家高琨等人，他们的科学成就塑造了今日网络化社会的物质基础。

　　1966年，尽管当时还没有互联网，高锟等人研究如何通过光学玻璃纤维实现远距离光传输，并开启了纤维光学的突破性发现，他应用纯玻璃纤维，光信号传输可达到100公里，而在这之前，光纤传输光信号只能达到20米。到1970年，第一个超纯光纤被成功制造出来。这些低损耗的玻璃纤维即成为后来成就互联网的基本物质载体。

　　上世纪90年代初期，光信号传输主要是解决通信技术问题，掺铒光纤放大器（EDFA）的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，进一步提高了全光通信距离，达到几千公里，给光纤通信带来了革命性的变化，被誉为光通信发展的一个“里程碑”。光纤放大器技术就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素，通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，光纤放大器不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，光纤放大器为实现全光通信奠定了关键技术基础。

　　俄罗斯物理学家阿尔费罗夫在半导体异质结构领域的研究成就，让他荣膺了2000年诺贝尔物理学奖。他对物理学和III-V半导体异质结构技术，特别是在喷射特性、激光器的开发、激光二极管、取向方法等方面做出了杰出贡献，现代异质结构物理学和电子学因此而创立。高速光电子领域采用半导体异质结构的基础研究工作为现代信息技术奠定了基础，异型结构的固体激光使光纤通信成为可能，后来，异型结构的器件还用于通讯卫星、条码阅读机、手提电话通信以及其他的产品。

　　光纤和光纤放大器实现了光信号的传输，但如果每一条光信号都要使用一条光纤，会让地球表面覆盖满了这些玻璃丝。如何让一条光纤可以运载来自全球各地不同地方不同内容的信号，且能并行不乱呢，这就需要通过波分复用技术来实现。波分复用是将两种或多种不同波长携带各种信息的光载波信号，在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输，在接收端，经分波器将各种波长的光载波信号分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号，即实现了在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的要求，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍，传输带宽充足。可以想到，对早期铺设的芯数不多的光缆来说，波分复用技术可进一步实现增容，而不用对原系统作大改动，具有较强的灵活性。由于波分复用技术大量减少了光纤的使用量，大大降低了建设成本、当出现故障时，由于光纤数量少，查找恢复起来也迅速方便。

　　光纤通信技术成熟后，1999年，一项庞大的全球互联网物理层建设工程启动，它被形象地称为氧气工程（Project Oxygen）。氧气工程是一个基于ATM技术的全球交换和传输网，在这个传输网中海底光缆总长度32万公里，陆地光缆1万多公里，包括38个独立的自愈环，使用了最新的密集波分复用技术。它从美国东部起始，横越大西洋、地中海、红海，连接印度洋、穿过马六甲海峡，延伸在最宽广的太平洋底，直达美国西部，几乎围绕地球一圈。整个工程耗资150亿美元，连接175个国家，网络中每条光缆的传输容量海底为640Gb/s，陆地可达到1.9Tb/s，全部工程已在2003年完成。

　　时至今日，全球各地因互联网而紧密联结，网络就如同人类生存所必须的氧气、阳光、水和食物一样，不可或缺。正是有了以上的光纤通信技术基础和超级工程，全球互联网才可以带着天量数据的光信号在这些细玻璃丝中畅行无阻，文本、音乐、图像和视频等等各种表现形式的信息在瞬间实现全球传输。（

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