展望二十一世紀通信

與光電子技術(shù)的發(fā)展

中國科學院院士北京交通大學教授簡水生目錄一、二十一世紀是能源危機和綠色能源革命的世紀二、中央提出“建成資源節(jié)約型的社會，把我國建成創(chuàng)新型國家

”三、建設(shè)以光纖通信為基礎(chǔ)的信息安全網(wǎng)是資源節(jié)約型社會的重要組成部分四、太陽給人類提供無盡的能源五、研究新型光伏電池是光電子領(lǐng)域貫穿二十一世紀的研究熱點六、建設(shè)創(chuàng)新型國家是同學們的歷史使命一、二十一世紀是能源危機和綠色能源革命的世紀在20世紀人類社會的科學技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，從“愛因斯坦的相對論”到“宇宙飛船和空間站的建立”，從微電子技術(shù)的發(fā)明到每秒運行幾十萬億次的計算機，由我國古代詩人李白所驚嘆的“蜀道之難難于上青天”，到現(xiàn)代的“北京到成都，可以一天往返”，實際上這種現(xiàn)代文明是建筑在能源消耗提高的基礎(chǔ)上。

常規(guī)能源有盡時世界已探明石油儲量只能供應(yīng)41年。其中67％在中東，7～9％在里海，27％分布在美國，俄羅斯，非洲，拉美和我國（我國只占3％）常規(guī)能源是指石油，天然氣和煤炭，這是地球46億年形成過程中太陽給予地球能源的儲存。常規(guī)能源有盡時我國的能源狀況現(xiàn)已探明，常規(guī)能源總量為一萬億噸標準煤，但目前可開采的總能源為1500億噸標準煤。2003年我國常規(guī)能源消耗為16.78億噸標準煤。2004年消耗常規(guī)能源已達19.6億噸標準煤，進口原油1.6億噸，成品油4000萬噸常規(guī)能源有盡時我國電力供應(yīng)以煤電為主，2002年我國SO2排放量高達1927萬噸。2020年我國CO2排放量將居世界第一，環(huán)境污染，土壤酸化，糧食減產(chǎn)，植被破壞，引發(fā)大量呼吸道疾病，威脅人民身體健康，而且溫室效應(yīng)將使世界環(huán)境產(chǎn)生劇烈變化，使人類生存受到威脅。隱藏的危機世界上為石油已經(jīng)不宣而戰(zhàn)。有的國家宣稱，為“反恐”須駐兵馬六甲海峽，甚至日本也宣稱要派艦隊到馬六甲海峽保護日本的僑民。圍繞里海的石油，許多國家發(fā)生了所謂的“顏色革命”我國進口石油90％通過海上運輸，80％須經(jīng)過馬六甲海峽，形勢十分嚴峻。2020年前，我國將新建27個百萬級核電站，但只能節(jié)省1.2億噸標準煤。我國天然鈾短缺，進口鈾的困難要更大一些。二、中央提出“建成資源節(jié)約型的社會，

把我國建成創(chuàng)新型國家

”解決能源危機，出路何在？一是進行節(jié)約二是進行綠色能源革命為此，中央提出了“建設(shè)資源節(jié)約型社會”的方針政策。在今年召開的科技工作會議所通過的決議中，明確提出了今后十五年內(nèi)科技工作以創(chuàng)新為核心，確定了：自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來的重大科技戰(zhàn)略方針，要把我國建成創(chuàng)新型國家。這就為我國進行綠色能源革命奠定了政治基礎(chǔ)。三、建設(shè)以光纖通信為基礎(chǔ)的信息安全網(wǎng)是資源節(jié)約型社會的重要組成部分實現(xiàn)了從電通信到光通信的跨越發(fā)展，電通信傳輸媒質(zhì)為同軸電纜，每管同軸耗銅量100～200Kg/Km光通信傳輸媒質(zhì)為光纖，每根光纖的重量27g/Km，售價100元/Km，傳輸話路為數(shù)百萬話路～數(shù)千萬話路為人類社會提供了史無前例的最廉價的傳輸平臺光通信實際上是由傳輸和交換所組成的，光纖已經(jīng)解決了光的傳輸問題，但是光的交換并未實現(xiàn)。到目前為止，國際上在光的交換方面并未取得突破性進展，而是需要由光變成電進行交換再變成光，這就像高速公路沒有立交橋一樣，很難發(fā)揮光傳輸?shù)木薮髢?yōu)勢。目前的電交換在互聯(lián)網(wǎng)中就是包交換（或分組交換），在這種交換系統(tǒng)中，發(fā)訊者發(fā)出的包可以從任意一條閑置的電路傳給受訊者，即受訊者與發(fā)訊者之間并無固定電路連接，使受訊者不能實時準確地獲得發(fā)訊者的地址碼，這就為病毒流行、黑客入侵、網(wǎng)上賭博、網(wǎng)上銀行盜竊、黃色和信息垃圾泛濫提供了可乘之機，阻礙了電子商務(wù)的迅速發(fā)展，危害到社會的穩(wěn)定和安全，也危及青少年的健康成長。同時也阻礙了互聯(lián)網(wǎng)自身的發(fā)展。目前互聯(lián)網(wǎng)的安全僅僅依靠各種防火墻來提供保證，但這并不能從根本上解決網(wǎng)絡(luò)的安全問題。目前計算機的速度已經(jīng)達到了每秒數(shù)十萬億次，即將達到每秒千萬億次的量級，在這樣高的計算速度下，任何防火墻和密約都將被迅速解密。

三、建設(shè)以光纖通信為基礎(chǔ)的信息安全網(wǎng)是資源節(jié)約型社會的重要組成部分而且在在未來來戰(zhàn)爭爭中，，敵我我雙方方首先先攻擊擊的將將是對對方的的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的安全全牽系系到國國家的的安危危、社社會的的穩(wěn)定定和信信息社社會的的進一一步發(fā)發(fā)展。。我們們所提提出的的“基基于分分布式式波分分復(fù)用用、光光纖空空間交交換的的光路路交換換網(wǎng)””就可可從結(jié)結(jié)構(gòu)上上確保保網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的安安全。。不僅僅在未未來戰(zhàn)戰(zhàn)爭中中敵方方很難難攻入入到““基于于分布布式波波分復(fù)復(fù)用、、光纖纖空間間交換換的光光路交交換網(wǎng)網(wǎng)”中中，而而且這這種網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可可以為為人們們隨時時隨地地辦公公提供供安全全保證證；還還可提提供遠遠程醫(yī)醫(yī)療和和手術(shù)術(shù)、遠遠程機機械操操作、、遠程程雙向向教學學和遠遠程多多端電電視電電話會會議；；還可可充分分利用用寬帶帶網(wǎng)大大通信信容量量的特特點實實現(xiàn)世世界上上任何何旅游游景點點的虛虛擬現(xiàn)現(xiàn)實，，人們們可以以在各各地的的立體體的彩彩色的的虛擬擬現(xiàn)實實演示示廳中中遨游游全世世界風風景秀秀麗的的景點點和名名勝古古跡，，從而而實現(xiàn)現(xiàn)“從從根本本上改改變?nèi)巳藗兩罘椒绞健ⅰ⒐ぷ髯鞣绞绞胶蛯W學習方方式””的理理想。。三、建建設(shè)以以光纖纖通信信為基基礎(chǔ)的的信息息安全全網(wǎng)是資源源節(jié)約約型社社會的的重要要組成成部分分2005年年統(tǒng)計計我國國有汽汽車3000萬萬輛，，耗油油量約約占全全國耗耗油量量的33％％，人人們預(yù)預(yù)計若若干年年后我我國的的汽車車擁用用量將將達一一億輛輛以上上，耗耗油量量占全全國耗耗油量量的60％％。而而且城城市交交通嚴嚴重堵堵塞，，道路路與車車輛的的矛盾盾永遠遠得不不到解解決，，環(huán)境境污染染嚴重重，有有關(guān)資資料報報道，，在衛(wèi)衛(wèi)星上上觀察察到北北京市市的汽汽車尾尾氣污污染居居世界界首位位。以光纖纖通信信為基基礎(chǔ)的的信息息安全全網(wǎng)創(chuàng)創(chuàng)造了了人們們可以以在家家庭辦辦公的的條件件，不不必每每天按按時乘乘車上上班，，城市市交通通的堵堵塞問問題可可以得得到根根本性性的改改善，，環(huán)境境得到到保護護，能能源消消耗可可以得得到極極大的的節(jié)約約。三、建建設(shè)以以光纖纖通信信為基基礎(chǔ)的的信息息安全全網(wǎng)是資源源節(jié)約約型社社會的的重要要組成成部分分現(xiàn)在我我經(jīng)常常乘飛飛機到到外地地開會會，頭頭天下下午汽汽車送送我到到機場場，乘乘飛機機到達達開會會地點點，對對方來來車接接至會會議賓賓館，，第二二天上上午做做報告告或發(fā)發(fā)言，，下午午用車車送我我到機機場，，晚上上乘機機回到到北京京，再再用車車送我我回家家。這這不僅僅時間間利用用率很很低，，而且且要消消耗多多少的的能源源啊!有了了以光光纖通通信為為基礎(chǔ)礎(chǔ)的信信息安安全網(wǎng)網(wǎng)，就就可以以實現(xiàn)現(xiàn)多端端會議議電視視，在在多端端電視視會議議上進進行學學術(shù)討討論或或報告告，這這不僅僅可以以提高高工作作效率率，而而且可可以節(jié)節(jié)約大大量的的能源源。通通過以以光纖纖通信信為基基礎(chǔ)的的信息息安全全網(wǎng)，，可以以在遠遠程教教學中中實現(xiàn)現(xiàn)學生生提問問，師師生共共同討討論的的新局局面。。這對對提高高農(nóng)村村的教教學質(zhì)質(zhì)量和和提高高農(nóng)民民的素素質(zhì)將將起到到極其其巨大大的作作用。。由此可可見，，以光光纖通通信為為基礎(chǔ)礎(chǔ)的信信息安安全網(wǎng)網(wǎng)將為為資源源節(jié)約約型社社會做做出極極其巨巨大的的貢獻獻。三、建建設(shè)以以光纖纖通信信為基基礎(chǔ)的的信息息安全全網(wǎng)是資源源節(jié)約約型社社會的的重要要組成成部分分四、太太陽給給人類類提供供無盡盡的能能源地球所所接收收的太太陽能能功率率平均均每平平方米米為1353千千瓦，，這就就是所所謂的的太陽陽常數(shù)數(shù)。太太陽每每秒照照射到到地球球上的的能量量約為為500億億噸煤煤，比比目前前全人人類的的能耗耗量大大3.5萬萬倍。。太陽陽內(nèi)部部的核核聚變變可以以維持持幾百百億年年，相相對應(yīng)應(yīng)人類類的有有限生生存時時間而而言，，太陽陽能可可以說說是取取之不不盡，，用之之不竭竭。太陽輻輻射在在地球球上的的能量量71％照照在海海洋上上，所所蒸發(fā)發(fā)的水水落在在陸地地上形形成河河流、、湖泊泊為人人類提提供生生存用用水和和帶來來所謂謂的水水利發(fā)發(fā)電。。由于于太陽陽照射射產(chǎn)生生各地地區(qū)的的溫差差，從從而產(chǎn)產(chǎn)生了了風，，甚至至是颶颶風。。它可可給人人類造造成災(zāi)災(zāi)害，，人們們也可可利用用風能能發(fā)電電。太陽照照在我我們祖祖國的的陸地地上全全年的的輻射射能相相當于于24000億億噸標標準煤煤，為為我國國煤礦礦的儲儲存量量的2.4倍。。由于于我國國東部部和西西部地地區(qū)地地理情情況不不同，，其接接收太太陽能能的效效率也也不同同。如如下圖圖所示示。四、太太陽給給人類類提供供無盡盡的能能源四、太太陽給給人類類提供供無盡盡的能能源沙漠地地區(qū)將將能集集中地地提供供豐富富的太太陽能能。我我國現(xiàn)現(xiàn)有的的沙漠漠約為為52萬公公里，，沙漠漠化土土地17.6萬萬平方方公里里，潛潛在沙沙漠化化土地地15.8萬平平方公公里，，三者者共計計85.4萬平平方公公里，，其中中大部部分集集中在在內(nèi)蒙蒙古地地區(qū)和和新疆疆地區(qū)區(qū)。如果太太陽能能化為為電能能的效效率為為15%，，每平平方米米的面面積將將能提提供0.036千瓦瓦的電電能，，其日日平均均將能能提供供約0.41千千瓦的的電能能。85萬萬平方方公里里的沙沙漠地地區(qū)將將提供供20000座座核電電站的的電功功率。。只要要開發(fā)發(fā)利用用2％％不到到的荒荒漠，，就可可以發(fā)發(fā)出相相當于于2003年全全年的的耗電電量。。據(jù)預(yù)預(yù)測，，到2050年年，可可能約約需2500××160千千瓦的的電力力，僅僅由沙沙漠的的12.5％的的面積積，約約為10萬萬平方方公里里就能能滿足足所有有的電電力需需求。。內(nèi)蒙蒙古自自治區(qū)區(qū)的面面積約約110萬萬平方方公里里，其其中沙沙漠和和沙漠漠化面面積約約為20～～30萬平平方公公里，，所以以，僅僅內(nèi)蒙蒙古自自治區(qū)區(qū)的沙沙漠面面積就就能為為中國國在2050年年以及及今后后的發(fā)發(fā)展提提供所所需要要的足足夠的的電力力。如何利用用太陽的的輻射能能，目前前比較成成熟的就就是光伏伏電池。。一般是是采用多多晶硅制制造的