時代呼喚信息安全網和廉價高效的光伏電池EraCallsInformationSecurityNetworkandCheap、EfficaciousSolarcell中國科學院院士簡水生北京交通大學,BJTU,時代呼喚安全信息網的早日實現我們所提出的光交換網是“基于可變波長激光器分布式波分復用全光交換網”北京交通大學光波所的工作常規能源有盡時，光伏（電池）發展無了期,一、時代呼喚安全信息網的早日實現,自從高速交換路由器的研制成功，包交換的優點便得到了充分的顯示，使發訊者與受訊者之間無固定電路連接，大幅度地提高了電路使用效率，降低了交換設備的成本，互聯網得到了飛速的發展，至今互聯網已經無所不在。互聯網的普及和發展為人類信息社會做出了重大的貢獻。但是在互聯網中，受訊者與發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訊者的地址碼，這就為病毒流行、黑客入侵、網上賭博、網上銀行盜竊、黃色和信息垃圾泛濫提供了可乘之機，阻礙了電子商務的迅速發展，危害到社會的穩定和安全，也危及青少年的健康成長，時代呼喚安全信息網的早日實現。,遠在1993年人們曾期望，NII（NationalInformationInfrastructure）的建設將從根本上改變人們的生活方式、工作方式、學習方式。世界掀起了建設NII（人們簡稱為信息高速公路）的高潮，人們期望至2000年電子商務的交易額高達4萬億美元，以后每年都將以幾十個百分點的速度遞增，各種風險投資蜂擁而至，掀起了人類歷史上少見的光纖網建設高潮，互聯網的發展達到了空前的繁榮。但是在2000年全世界的電子商務交易額只有數百億美元，遠遠低于人們的預期值，互聯網的繁榮急劇暗淡，IT業的發展迅速降低到了谷底，2002年全世界IT產業一片蕭條，至今尚未有大幅度增長的跡象。,造成這一現象的因素眾多，但我認為這種互聯網的安全問題是其主要原因。因為目前互聯網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絡的安全問題。目前計算機的速度已經達到了每秒數十萬億次，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。而且在未來戰爭中，敵我雙方首先攻擊的將是對方的網絡，網絡的安全牽系到國家的安危、社會的穩定和信息社會的進一步發展。,另一方面，城市交通堵塞、環境污染的世界性難題的解決，也迫切需要能夠支持和實現隨時隨地辦公的安全的信息網。只有實現光路交換才可能從結構上確保網絡的安全，因為在光路交換中受訊者與發訊者之間有固定的光路鏈接，在網上任何犯罪行為都將被實時準確地發現，無處可逃。這就是未來的信息安全網。,實際上目前兩根光纖可以通一至兩千萬話路,在實驗室中的通信容量可高達10.92Tbps，相當于1.7億數字話路，而每根光纜中有數十至數百根光纖，為人類社會提供了前所未有的最為廉價的信息光路，已經遠遠超出了人類社會的需求。目前每公里光纖的售價約為10美元，遠遠低于銅線的價格，而且其它光電子器件的價格都在成倍地下降，為人類社會實現光路交換奠定了堅實的基礎。,在這種情況下，再去研究提高每一個光路的使用效率的光分組交換技術是沒有任何實際意義的。令人感到遺憾的是，各種分組交換的研究的課題是國際研究的熱點之一，我們國家從“973”到“863”也設立了大量的研究課題，投入了大量的資金。可是，光的延遲和光的邏輯器件的關鍵技術沒有取得突破，仍是各種光的分組交換不可逾越的障礙。即使未來取得了突破性進展，能夠實現以提高光路使用效率為目的的光的分組交換也沒有什么經濟效益。,因為光纖通信的眾多光路已遠遠超過人類社會的需求，每一光路是人類歷史上最為廉價的通道。而實現各種光路交換所建立的復雜的價格高昂的設備遠遠高于多利用幾根光纖組成光路交換所需的投資。而且在分組交換的光網絡內受訊者仍然不能實時知道發訊者的地址碼，上述所有網絡的犯罪行為都可在分組交換光網絡中通行無阻。它的安全問題仍然是寄托于各種防火墻和密約，在現代高速計算機的攻擊下，也必將迅速崩潰。,相反，我們應該充分利用廉價的光纖和天文數字的光路來實現光路交換以確保網絡的安全。從電路交換到包交換再發展上升到光路的交換，這是螺旋上升，這符合毛澤東在實踐論所提出的“螺旋上升”的發展規律。由于光纖價格是如此低廉，大城市之間可以用專用光纖直接相連，大幅度降低交換設備的造價。在目前已建成的地下光纜網的基礎上，再適度投資即可實現這種光纖交換網，不僅可以為各大城市間提供用之不竭的光路，還可形成炸不斷打不爛能禁得起未來戰爭考驗的地下通信信息網。,二、我們所提出的光交換網是“基于可變波長激光器分布式波分復用全光交換網”,圖1基于可變波長激光器全光交換網絡結構示意圖,我們在這里還要著重指出的是，利用目前已敷設的光纖網可迅速實現國防、公檢法等國家專用保密網。目前國際形勢變化莫測，建立起“基于可變波長激光器分布式波分復用全光交換的新一代保密專用網”是十分緊迫的。由于“基于可變波長激光器分布式波分復用全光交換網”的建成，安全問題得到解決，不僅人們所期望的電子商務黃金時代將會到來，而且還將為人們隨時隨地辦公提供安全可靠的光路交換網，從根本上解決城市交通堵塞的問題。,目前我國有汽車2400萬輛，耗油量約占33，人們預計到2010年我國的汽車擁用量將達一億輛，耗油量占60。而光路交換安全網的實現可以大大減少汽車擁有量和耗油量，大量節省能源，解決環境污染問題。同時以光路交換為特征的安全信息網不僅可以提供人們隨時隨地辦公的條件，而且可以提供遠程醫療和手術、遠程機械操作、遠程雙向教學和遠程立體電視電話會議，還可充分利用寬帶網大通信容量的特點實現世界上任何旅游景點的虛擬現實，人們可以在各地的立體的彩色的虛擬現實演示廳中遨游全世界風景秀麗的景點和名勝古跡。,三、北京交通大學光波所的工作,圖2四個節點波長交換全光網演示系統的原理圖,圖3光路交換全光網演示系統的一角,圖4新型MCVD預制棒車床,圖5改進的電爐,圖6光纖拉絲塔主體,圖7Bi-Ga-Er共摻光纖的吸收譜,圖83100公里全光柵色散補償點到點傳輸系統一角,圖9光纖軸向磨拋機,為了空間科學的發展，我們研制出抗輻射的光子晶體光纖和保偏的光子晶體光纖，如圖10、11所示。并將進一步研制出光子晶體光纖陀螺以滿足空間科學和國防的需求。同時，光波所還研制出高摻鐿大有效面積雙包層泵浦光纖，并正在研制千瓦級摻鐿包層泵浦大功率激光器，以滿足國防和工業加工的需求。,圖10高數值孔徑光子晶體光纖截面圖圖11新型保偏光子晶體光纖截面圖,四、常規能源有盡時，光伏（電池）發展無了期,二十一世紀將是能源危機和能源革命的世紀。眾所周知，世界上已探明的石油存儲量只能供應40至50年，出兵伊拉克，就是為了石油不宣而戰。世界上石油儲量67%在中東，我國2004年進口原油1.2億噸和成品油4000萬噸，80的進口石油都需要經過馬六甲海峽。有的國家已宣稱為了“反恐”，將駐兵馬六甲海峽，形勢十分嚴峻。我國已探明煤炭儲存量約8200億噸標準煤，利用目前的工藝技術，可以安全開采的總儲量約1500億噸標準煤，2004年我國煤炭能源消耗為19.6億噸標準煤，按照目前能源消耗增長的速率來計算的話，則我國的煤炭僅能夠滿足3040年的使用。常規能源是地球46億年形成過程中，太陽給予地球能源的儲存，可是在我們幾代人的發展過程中，就將這種常規能源消耗殆盡，這不僅危及到我國的持續發展，而且也是危及到中華民族的能否繼續生存發展的大事。,我國已決定發展核電，在未來十幾年內將興建約40個百萬千瓦級核電組，如果2020年我國電力裝機總量達到9億千瓦，則核電只占總裝機容量的幾個百分點，但是預計我國在按照目前的耗能情況比例上升，到2020年全國消耗常規能源為60億噸，所排放的CO2將高達200億噸以上，對人類的生存環境將造成嚴重的影響。我國天然鈾資源短缺，大力進口天然鈾，將會遇到更為嚴重的困難，人們還寄托希望于釷，如果釷能發電，那將提供我國上千年的能源需求，但是釷能否實現象鈾一樣的發電，目前尚無結論。我國東海、南海的能源開發有待積極進行國際協作開發，其儲量尚未可知。常規能源的消耗量不可逆轉的，也是有盡時的。,太陽能就是無污染的巨大能源，太陽實時給予地球的能量是人類每天所消耗的能量的上萬倍，其中70%以上的能量是給予了大海，陸地的降雨量、沿海的臺風、颶風都是太陽能轉化的表現形式。據專家計算，我國陸地每年接受太陽輻射的能量約為24000億噸標準煤，這是取之不盡、用之不竭的綠色能源。問題是應該盡快地研制出價格低廉、轉換效率較高的光