理查德·汉明（Richard Hamming）：第21章。

“本课程的目标是为您的技术未来做好准备。”

哈Ha 还记得那篇很棒的文章“您和您的工作” （+219，带有2394书签，38万次读取）吗？

因此，汉明（是的，是的，自我检查和自我纠正的汉明代码 ）根据他的演讲编写了一整本书 。 我们正在翻译它，因为那个人在谈论生意。

这本书不仅是关于IT的书，还是关于令人难以置信的酷人的思维方式的书。 “这不仅仅是积极思考的冲动； 它描述了增加做出色工作机会的条件。”

我们已经翻译了20章（共30章）。 我们正在纸上版。

第21章光纤

（感谢翻译，米哈伊尔·戈斯捷夫（Mikhail Gostev），他在“上一章”中回答了我的电话。）想要帮助翻译，排版和出版本书的人-请发送个人电子邮件或magisterludi2016@yandex.ru

我之所以谈到光纤是因为光纤的发展在很大程度上涵盖了我的科学生涯，这意味着我可以证明光纤在成形时的外观。 让这作为我接触具有巨大潜在价值的新领域的方式的例子。 实际上，光纤本身就是一个完全独立的部分。 最后，这是您必须处理的主题，因为它仍然有时间在您的时间里发展。

当我第一次听说贝尔光学电话光学研讨会时，我想知道我是否应该去参加它—最后，每个人都应该做自己的工作，不要在讲座中闲逛几天。

首先，我回想起光频率比当时使用的电频率高得多，这意味着光纤连接具有更宽的频率范围，并且该频率范围实质上是数据传输速率（以每秒比特为单位...），也就是说，我的雇主就是电话公司玩的游戏的名称和本质。

其次，我知道亚历山大·格雷厄姆·贝尔曾经使用光束进行电话通话-他一生通常都倾向于使用技巧。 因此事情可能发生，并且很久以前就完成了。

第三，我知道从高折射介质到低折射介质的过渡过程中的内部反射-在平静的水中，如果您从下面看，它可以看到：在某些角度下光被完全反射回水中，



图21.I.

所以我或多或少地了解了什么是光纤-尽管总的来说，那时光纤是一个相当新鲜的想法。 无论如何，我从大学实验室获得了足够的玻璃拉伸经验，以了解如何利用表面张力的作用来生产直径相当恒定的纤维，并在某种程度上了解与之相关的液体玻璃的表面张力的作用。 因此，我花时间去探索有前途的新企业。

演讲者在报告开头的某处说：“上帝爱沙子，他做了很多。” 在我自己内部，我听说我们现在被迫开发低品质的铜矿石，并且只能期望将来高品质的铜价格上涨，而且到处都没有玻璃的原料，也不会出现短缺。

无论是在演讲本身上，还是在演讲后不久，我都听到一个观察结果：“在曼哈顿（纽约）铺设电话线的自由空间已经结束，如果这座城市随着现在的增长而持续增长，我们将不得不铺设新的电缆，即挖开在街道和人行道上，但是如果我们使用玻璃纤维，那么由于电线的直径较小，我们可以提取铜并铺设光纤。” 我意识到，这足以使实验室尽一切可能尽快开发光纤传输，并且它将成为计算任务的源泉，这意味着我应该走在前列。

早在那之前，当我决定留在实验室工作时，我意识到我对实用电子产品的了解不足，因此我购买了一对Heathkit业余无线电设备，并收集了他们的经验。 但是，最终的设备功能相当强大。 因此，我想象了电线的大惊小怪，并立即勾勒出问题点：他们如何提议将这些细而粗的玻璃纤维拼接起来，并仍然保持良好的信号流？ 玻璃纤维不仅可以相互焊接，而且希望有一个不错的转移。

顺便问一下，为什么要提供这么小的直径？ 如果您查看图21.II中光纤的图示，这将变得显而易见。



图21.II

直径越细，光纤弯曲的强度就越强，而不会损失光束。 这是减小直径的主要原理，而不是降低电缆的成本或重量。 另外，对于许多形式的传输，较小的直径意味着在给定距离处较小的信号失真。

不久，我意识到了另一个重要的优点。 光纤如此高效地传输信号，也就是说，它在传输过程中损失了很少的光子，以至于“窃听”成为了极为严重的成就。 不是没有可能，但是很困难。 大约在同一时间，我意识到（结合我们与一组化学家进行的计算），光纤受到了良好的保护，免受电磁干扰-尤其是当核弹在高空或战场上爆炸甚至雷击时。 是的，军事预算以及实验室预算直接提供的大量资金将专门用于纤维研究。

很快出现了一个问题，这是我预期的外观-事实证明，细纤维的缠绕会局部影响折射率，并且可能会损失一部分光。 当然，添加额外的镜面将解决此问题。 但是不久，他们想到了用低耐火材料的外壳覆盖高折射玻璃芯的想法，然后将其尺寸大小便于人为操作的物体覆盖，然后将所得结构拉伸成所需厚度的纤维。

不久以后，我听说了多层组件，在其中进行了折射率的软过渡，并意识到这是几年前为回旋加速器发明的“强聚焦”的类似物。 通过化学或辐射暴露获得折射梯度。 除了光束经过中间反射而逐渐弯曲外，还可以使光束回到光纤的中心，而不用进行强烈的反射，



图21.III。

我没有试图彻底理解信号传输的多峰方法和单峰方法之间的争议，但是我设法为两个竞争阵营进行了一系列计算机计算，并出于倾向于二元系统而不是计算系统的相同原因开始倾向于单峰传输。高基数。 通常，这是与接收器和发送器的功能有关的技术细节，而不是光信号传输的基本特征。

这些时间我一直在等待光纤熔接。 随着时间的流逝，有人设法提出并尝试了一些机智的技巧，而其他选择的分散使我相信，可以相对容易地解决这个问题，这一问题吸引了我的注意力-至少在现场不会致命，需要由技术人员解决的地方，而不是受控实验室条件下的专家。 我很好地理解了差异，因为我看到各种项目（主要是来自其他公司的项目）碰到了一个可悲的事实，那就是在实验室中稳定地获得的东西与匆忙工作的技术人员的现场结果并不完全相同。在至少可以被称为不友好的情况下。

据我所知，光纤通信的首次测试是在佐治亚州亚特兰大市的中央办公室之间通过的。 测试成功（试用期为三年）。 同时，玻璃行业的局外人开始生产异常透明的玻璃，而且正是在我们要使用的频率上—这是激光器可以可靠工作的范围的问题。 他们认为，如果海洋像某些类型的玻璃一样透明，则可以用肉眼看到太平洋的底部！

不久，我注意到在光纤中，我们：（1）接收光信号，（2）将其转换为电子形式，（3）放大它们，（4）将它们转换回光学形式。 很难想象最糟糕的系统架构。 在实验室中，与其他许多实验室一样，很明显，我必须认真研究放大光信号。 一段时间后，很明显，有几种候选物可以发挥光放大器的作用，这意味着它们中的一个或多个很可能会成为该领域的标准设备。 孤子的优点之一是可以在不改变形状的情况下进行放大（当它通过光纤时不会降解），而脉冲则必须再生（这会改变其形状，通常看起来比简单的放大更为复杂）。

该问题的所有实际方面都排得很好。 如您所知，现在我们广泛使用纤维。 我试图展示我对新技术的态度，所看内容，期望，忽略，跟踪，认真考虑的内容。 我不想成为这个领域的专家。 我拥有足够的计算机及其在硬件和软件方面的快速发展，这是应用程序领域不断扩展的基础。 未来出现的每个新领域都会给您带来类似的问题，从本质上讲，您将通过自己的行动回答这些问题。

光纤的当前应用领域非常广泛。 随着时间的流逝，我设法弄清楚例如卫星通信的故事充满了许多问题。 固定通信卫星需要位于赤道沿线；那时它们没有其他位置。 从一开始，许多赤道国家就表示，我们正在入侵其航空航天，必须为它的使用付费。 到目前为止，他们还无法通过武力确认其要求，发达国家只是继续免费使用该空间。 我要由您来判断情况：（1）完全不理会国家的要求，（2）无论其要求的有效性如何，（3）鉴于目前并非所有人都可以使用他们的空间，其他所有人都应该等到（ （如果有的话）它们将达到所需的水平！ 在国际关系中，这是一个不平凡的问题，每个当事方都有真理。

现在，卫星位于大约每4度的位置，尽管我们可以将它们设置为2°，但我们将不得不使用更精确的地面发射器天线（增加碟形天线的半径？）向它们发射信号，从而不会影响相邻卫星。 我们甚至可以扩展信号传输的频带，并将传输的数据量增加几倍，但是必须要经过大气层才有限制。 另一方面，光纤可以我们自己希望的密度铺设在地面上。 光纤电缆易于制造，总带宽恰到好处。 卫星的使用意味着广泛的信号广播，而电缆则提供了一定程度的私密性，并具有使用户付费的能力，而不是“麻烦”。

卫星和光纤各有利弊。 现在，卫星正在用于本质上是机密通信，而不是广播。 我认为时间会重新分配物质，因此每种方法都将根据其优势以最佳方式应用。

我们现在在哪里？ 具有光纤的越洋电缆已经代替同轴波导管出现了，其价格要低得多，带宽要大得多。 现在（1993年），当通过太平洋与日本进行通信时，正在解决切换到最近开发的孤子信号传输系统而不是经典脉冲系统的问题。 我认为，这是工程上要考虑的问题-长距离而言，孤子将被吸收到脉冲之上。 我建议您遵循主要的技术变化-如果孤子上的信息传递击败了当前的脉冲系统，那么从根本上将出现新的信号分析方法，并且您最好知道何时会发生这种情况，以免与其他许多人一起被抛在后面。

我读到，在海军，以及显然在空军和商业航空旅行中，减轻重量意味着可以节省可用于其他事情的资源。 大约14年前，在访问Enterprise的航空母舰时，我已经非常了解光纤的发展趋势，我特别注意地检查了布线，并决定通过传输信息，光纤将取代所有连接的电线。 _energy_的转移是一个完全不同的主题。 但是，集中式电网仍将是主要方法，还是在作战条件下首选分散式电网？ 对于他们来说，最好与显然是冗余的光纤系统连接，这无疑将至少建立其安全考虑。 但是军舰与世界贸易中心等办公摩天大楼并没有太大区别。

我们已经可以使用光纤了，它的强度足以使卡车可以骑在上面，因此可以轻巧地发射火箭，并在整个飞行过程中都附有一条绕线，这意味着双向通信，就像控制导弹一样，将其指向目标，以及从火箭接收数据-它在飞行中会看到什么。

与计算机连接后，我自然地问自己，这一切如何影响和影响计算机的设计。 您可能知道，现在（1993年），我们经常使用光纤连接计算机系统的大型组件。 在我看来，用光纤代替大多数内部布线只是时间问题。 随着时间的流逝，没有人能制造出将主板与光纤相连的“主板”吗？ 鉴于材料科学的当前状况，这似乎一点也不合理。 光纤什么时候可以到达单个芯片？ 最后，光学器件的频率范围意味着更高的开关速度！ 然后，我们是否最终不能制造光学微电路，并在电路板上的光电管上放置一个通用光源（就像在某些手持式计算器上那样），以为整个电路供电并远离电线，以便在系统中进行配电？



图21.IV.

但是我们甚至可以用光线代替布线吗？ 光线可以互相穿过而不会受到干扰（如果强度不太高），仅此一项就可以将它们置于电线上方，



图21.V.

这给我们带来了切换的问题。 是否可以将矩阵开关做成光学的而不是电子的？ 贝尔电话实验室和其他人员将不必积极开发它们吗？ 如果成功，切换结果是否正确，传统上最昂贵的计算机部件将不是最便宜的部件？ 首先，计算机最昂贵的部分是内存，然后出现了磁盘，然后以极低的价格出现了电子存储系统，计算机的设计发生了显着变化。 随着交换单元价格的大幅降低，您将如何设计计算机？ 冯·诺伊曼（von Neumann）的基本设计会在整个过程中幸存吗？ 具有新的要素成本结构的计算机的设计将是什么？

正如我前面所指出的，如果您积极地预测事物和思想的发展方式，然后将您的期望与实际发生的事情进行比较，那么您可以或多或少地与事件保持一致。 主动的期望意味着，比起您被动地坐着或懒惰地前进，您已经准备好接受新事物的准备好得多。 “运气伴随着训练有素的头脑。”

该报告的意思是表明某人如何为瞬态技术变化做准备，这些变化将影响其研究和工作。 不可能在当今高科技社会的所有领域都处于最前沿，但是您不能承受落后，落后于新发展的局面-实际上发生在许多人身上。

我在书中一再重申，我作为教授的职责是增加您对我们的社会做出重大贡献的可能性，而且我想不出一种更好的方法来养成您养成预期现象，领导，而不是被动地跟随。 在我看来，为了履行我对您和我们机构的责任，我必须将你们中的尽可能多的人从被动转移到积极期待，期待的位置。

如您所见，在今天的这一章中，我并不是在谈论我的贡献的意义，而是至少我已经做好了准备并帮助其他人（更深入地研究这个话题）通过做出正确的计算而来，而不是那些经常这样做的稍微不适当的人。我相信，在我退休之前的30年中，我经常提供这种类型的贝尔电话实验室服务。在光纤领域，我告诉了您一些细节以及我是如何了解它们的。

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这一切会发生吗？必须先评估政治，经济和社会状况，然后再说从技术角度来看可能发生的事情实际上会发生。政府是否愿意允许一个公司来管理这一信息量的分配？现代有线电视提供商是否愿意与电话提供商分享，并可能因此损失一些收益，尽管事实上，他们不可避免地会受到国家加强监管的事实？总的来说，作为一个社会，我们是否希望一切都这样？

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, — “梦想机器：计算机革命的历史”）