世界当代科技史-第16章
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称程控。程控交换不仅可用于电话，也可以用于传真等非话通信。70年代，
数字程控交换机逐步发展起来。这是一种传输离散数字信号的交换机。数字
交换使电话交换向着话音与非话业务的综合交换前进了一步。80年代，传输
大容量数字信号的光缆系统和数字微波系统以及大容量的程控数字电话交换
系统都已相当完备，具备了建立综合数字网的条件。因此，大多数发达国家
都积极发展数字通信。1980年，美国贝尔电话系统将大约1/3的音频电缆改
为数字传输系统。此外，全数字化卫星通信系统也已建立并投入使用。
与以往的模拟通信网相比，数字通信网显示了更大的优越性。采用数字
信号比用模拟信号传送的话路要多，其失真和噪声不累加，可保证远距离的
传输质量。数字通信便于直接存贮和交换处理，可以传递各种通信业务，尤
其适用于发展非话通信业务。数字通信设备具有经济性、可靠性及小型化等
优点。
为了满足社会对通信日益增长的需要，从80年代开始，各发达国家已在
发展综合业务数字网。它可以用一个统一的通信网和一对用户线路来同时实
现电话和非话、宽带和窄带、高速和低速的多种业务的通信。用户可像在电
源线上使用各种电气设备一样，只要有一对用户线和相应的标准接口，就可
在这对线路上接入各种通信终端，进行各种业务的通信。90年代，窄带的综
合业务数字网可望在发达国家实现小规模建网。宽带的综合业务数字网还只
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有少数国家开始试验。预计到本世纪末或下世纪初，通信网的全部数字化将
在发达国家实现。
无线移动通信的蓬勃发展，是当代通信技术的又一重要成就。移动通信
是移动体之间或移动与固定体之间的无线电信息传输与交换。当今的移动无
线电通信是包括移动电台、控制终端、无线入网交换、计算机控制并可与公
用电话网连接的系统。1978年后，美国、日本和瑞典等国先后开发出一种同
频复用、大容量小区制的移动电话系统。它的网络由许多边长为几千米到十
几千米的正六边形组成，犹如蜂窝，所以也称蜂窝移动电话系统。在这个系
统中的移动电话用户可互相通话，也可与固定电话用户通话。世界上第一个
商用蜂窝移动电话系统是1979年12月在日本东京建立的。80年代，国际上
又出现了数字式蜂窝移动通信系统。目前，世界上已有50多个国家和地区建
立了小区制移动电话系统。美国、日本已实现了全国移动通信漫游。欧洲建
立了泛欧数字小区制系统。除了小区制移动通信系统外，移动通信还有集群
式专用调度移动通信系统、无中心多信道选址个人通信系统、无线寻呼系统
等。
无线寻呼系统是一种由基站发出单向选择呼叫的系统。无线寻呼通信具
有快速、方便、价廉等优点，所以倍受青睐，普及很快。美国的个人寻呼机
数量居世界首位，90年代初已达600多万个。香港地区每千个人中有70多
个寻呼机，人均拥有量最高。目前，无线寻呼已由单一传呼业务扩展到提供
数字、字符等文字显示业务。
中国从1984年开始使用无线寻呼电话，现已有1000多个城市开办了这
种电话业务。
21世纪将成为个人通信的时代。人们设想建立环球移动卫星电话系统
（环球电话）。那时，个人全球通信将变成现实。在地球上任何一个地方都
可进行通话或传真了。我国“通信技术发展计划”已将“个人通信”列为重
点发展的技术项目。
4。遥感技术的发展
在中国古代神话小说《西游记》、《封神演义》等书中，有一些长着“千
里眼”的神奇人物。他们可以看到千里之外的一切事情，甚至有的能看到地
下。20世纪中期以后，这种幻想变成了现实。遥感技术就是当代人的“千里
眼”。人们借助于遥感，不但可看千里之外，而且可看万里之遥甚至更远。
遥感技术是本世纪50年代以后，随着空间技术、电子技术、光学技术和
地球科学的发展而兴起的一门综合探测技术。遥感是使用可见光、红外、微
波等遥感仪器，把遥远物体发射或反射的电磁波信息接收下来，经过光学、
无线电技术以及电子计算机技术等的处理、提取和分析，并以可以直接识别
的图像显示出来。遥感技术系统由遥感平台、遥感仪器、图像接收处理和图
像判读四部分组成。
本世纪初飞机诞生之后，航空摄影开始出现。1909年，飞机发明者之一
W。莱特（1867—1912）乘飞机拍摄了意大利森托塞尔地区的航空照片。第一
次世界大战中，航空摄影机被用于航空侦察摄影。第一次世界大战后，民用
航空摄影发展起来，被广泛用于石油勘探、地球科学研究和农业。第二次世
界大战中，航空侦察摄影大显身手，为英国皇家空军获取大量有价值的情报。
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第二次世界大战后，美国制造出了U—2等专用侦察摄影的高级侦察机。航空
摄影至今仍是遥感技术中的重要组成部分。
1957年，世界上第一颗人造地球卫星上天以后，人们利用人造卫星等航
天器作为运载工具和遥感平台。70年代初，地球资源卫星的出现，标志着遥
感技术进入一个新阶段。从此，航天遥感成为遥感发展的主流。1972年，美
国发射了世界上第一颗地球资源卫星。1975年、1978年又发射了“陆地卫星
—2”和“陆地卫星—3”。卫星上安装了反束光导摄影机、多谱段扫描仪、
数据收集系统等仪器。原苏联、法国等也陆续发射了这类资源卫星。航天遥
感的应用，极大地扩展了人们的视野和认识能力。利用人造地球卫星，可以
从1000公里的高空，同时观察地球上34000平方公里范围内的目标，甚至可
将近半个地球的面积拍摄在一张照片上。卫星探测的速度比以前的探测方法
大大加快了。地球资源卫星只需 18天就可将全球探测一遍；而且探测精度
高，分辨率好。从卫星上能拍摄到地面上25厘米大小的物体，可以记录下人
员活动、车辆型号。1979年，美国展示了20多张照片。从上面可明显看到
某国森林里的导弹中心以及守卫在导弹旁边的战士。利用卫星遥感，人们竟
然发现了元朝忽必烈为其女儿兴建的应昌城堡遗址，解开了一个历史之谜。
人们利用资源遥感卫星，发现了南极冰雪中的地热和温泉，找到了热带雨林
下的油气田和铀、铜矿床，查明了地中海沿岸和太平洋海岛附近浅海中的淡
水。美国用资源遥感卫星发现了中国四川省的油气田和巴基斯坦的铜矿。地
球资源卫星的应用，在资源勘察、灾害及污染调查等方面发挥了巨大的作用。
遥感技术系统中最重要的遥感仪器。它可分为三大类：第一类是常规摄
影仪器，即可见光摄影机；第二类是非常规摄影仪器，通常包括紫外和红外
摄影系统；第三类是非摄影系统，主要有雷达、声纳等。常规摄影系统是航
空摄影时期的重要遥感系统。紫外摄影开始于本世纪初。1947年，人们第一
次对地球进行了紫外航空摄影。此后几十年紫外摄影又有所发展。
红外遥感是近几十年来发展最快、应用最广的探测技术。在8—14微米
的热红外波长段，即使大气中所含的烟尘微粒和雾霾，也不能阻止遥感影像
的获得。因此，红外遥感技术有其优越的感知性能，而且还具有夜间工作的
优点。本世纪初，红外探测已开始应用。第二次世界大战前夕，人们发明了
变像管，可以借助它在夜间看到目标。第二次世界大战后，红外探测广泛应
用于地图、天文、地质和军事等方面。60年代以来，多种热红外扫描仪不断
出现。红外扫描装置所用的感应器，一般是被动式的。它可以采集各种物体
发射的电磁波辐射和反射辐射。70年代中期，英国发明了光敏半导体探测
器。这是一种红外成像器 （热成像器）。军事上用的前视红外装置都采用了
这种红外成像器。在 1991年初的海湾战争中，前视红外系统在夜间作战中发
挥了重要的作用。由于人和大多数人造物如建筑、车辆、武器装备的温度往
往与周围环境差别很大，所以很容易用热成像器探测出来，即使伊拉克埋在
沙中的坦克也难逃其“慧眼”。而且，前视红外装置本身并不向外辐射能量，
不会被敌方发现。除了用于军事外，红外遥感技术也应用于空间研究、天文
学研究和地球资源利用等方面。美国每年都投入大笔资金用于红外技术研
究。仅“战略防御计划”一项，1984—1989年就投入100多亿美元研究红外
技术。今后的红外遥感将向提高分辨率、压缩波长带宽、提高信噪比、提高
信号处理和获取图像资料的功能等方向发展。
雷达是美国于1936年研制成功的。1938年防空袭雷达已经实用。第二
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次世界大战中，雷达技术又有重大发展，微波雷达取代了超短波雷达，并在
战争中显示了它的巨大作用。战后，雷达也被用于科学研究。1946年，美国
成功地探测了从月球反射回来的雷达信号。此外，雷达也被用作导航工具。
50年代以来，航空航天事业的发展和研制反洲际导弹系统，向雷达提出了高
精度、远距离、高分辨力及多目标测量等要求。由于一系列关键技术问题的
解决，雷达技术进入了蓬勃发展的新阶段，出现了相控阵雷达和机载小型雷
达。进入70年代，机空阵雷达体制已在地面和舰载雷达中广泛应用。它用扫
描波来代替雷达天线的机械转动，使扫描速度提高了百万倍，而且还可以从
事多部不同类型雷达的工作，能同时跟踪几十到几百个目标。在海湾战争中，
相控阵雷达大显身手，使“爱国者”导弹在瞬息之间成功地拦截了“飞毛腿”
导弹，创造了当代战争史上的奇迹。但是从海湾战争中也看到，雷达正面临
自它问世50年以来最严峻的挑战。电子战飞机成为雷达的克星，使雷达受到
干扰，得不到准确的目标信息。目前各国正从多方面探索提高雷达效能、对
付隐身飞行器和在强电磁干扰环境中正常工作的技术途径。
30多年来，遥感技术在军事及经济建设中发挥了极其重要的作用，对社
会产生了意义深远的影响。所以目前各国都非常重视发展遥感技术。一些发
达国家正致力于高性能遥感器的研制。1991年，欧洲空间局发射了遥感卫星
“ERS—1号”。中国的返回式遥感卫星目前已从试验阶段进入到应用阶段。
1996年后，美国、日本、欧洲空间局将陆续发射数个对地观测平台，建立庞
大的对地观测网。未来的遥感技术将为人类做出更大的贡献。
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七、激光技术和自动化技术的发展
激光的诞生是当代科技史上的一个奇迹。作为一门新兴的科学技术，它
的发展之迅猛令人惊叹。60年代以来，激光技术已广泛应用于各个领域，成
为新技术革命的一支生力军。
自动化技术是当代高技术群中发展最迅速、应用最广泛的技术之一。第
二次世界大战后，在军事、航空航天事业和生产建设需要的推动下，自动化
技术突飞猛进，几乎每10年就达到一个新水平。电子计算机作为控制手段全
面采用，更使自动化程度有了显著提高。自动化技术已渗透到当今社会的各
个领域，对人类文明产生了巨大影响。自动化技术的水平已成为现代化程度
的一个标志。
1。激光器的诞生
激光的诞生是量子理论、无线电电子学、微波波谱学、固体物理学等学
科相互渗透、相互融合的结晶。激光器发明史可分为4个阶段：①理论基础
的奠定；②微波波谱学的进展；③第一台微波激射器的发明；④第一台激光
器的诞生。
（1）受激辐射概念的提出
1916年，爱因斯坦提出了受激辐射的概念。他认为，处于高能级的原子，
在一个频率与它的跃迁频率一致的光子的作用下，就会从高能级跃迁到低能
级，同时放出一个频率和运动方向同入射光子完全相同的另一个光子，于是，
一个光子变成两个光子；如果条件合适，光就可以象雪崩一样得到放大和加
强，并且这样放大的光是一般条件下得不到的“相干光”。受激辐射概念的
提出为激光器的发明奠定了理论基础。不过爱因斯坦并未想到利用受激辐射
来实现光的放大，因为在热平衡条件下，处于低能级的粒子数总是多于高能
级的粒子数，这时受激吸收总是大于受激辐射。因此，在爱因斯坦提出受激
辐射概念许多年后，这一理论并未引起人们重视。
（2）微波波谱学的发展及粒子数反转探索
微波波谱学是微波技术和波谱学相结合形成的。它不仅揭示了分子、原
子和原子核结构的细节，而且有助于研制产生短波长的相干电磁波振荡器，
为微波激射器和激光的发明准备了条件。
1921年，美国的赫耳（1880—1966）发明了产生微波振荡的磁控管，标
志着微波技术的诞生。1934年，克里通 （1907—）和威廉斯 （1870—1954）
用波长为1—4厘米的各种微波与氨分子相互作用，发现在1。25厘米处有强
烈的吸收。这是微波波谱学的最早实验。
1928年，拉登伯格（1882—1952）和克夫曼（1895—1963）在研究由于
放电受到激励的氖气的折射率时，观测到由于受激辐射引起的负色散现象，
首次从实验上证实了受激辐射的存在。1940年，原苏联的法布里坎特提出用
实验证实负吸收存在问题，分析了产生光放大的条件以及所引起的光强度和
方向性增加等问题，其中实际上已提出了后来被称为粒子数反转的概念。1946
年，美国的布洛赫等人在核磁感应实验中，初次观测到粒子数反转的现象。
1947年，兰姆（1913—）和雷瑟福 （1912—）指出，在粒子数反转的情况下
可以期望实现受激辐射。1949年，法国的卡斯特勒发展了光泵方法。这是一
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种利用光辐射改变原子能集居数的方法。虽然他没有想到用它可以实现粒子
数反转和进行光的放大，但为以后的固体激光器提供了重要的抽运手段。1951
年，美国的珀塞尔 （1912—）和庞德 （1919—）在核磁感应实验中，有意识
地把加在工作物质上的磁场突然反向，在核自旋系统中造成了粒子数反转，
结果获得50千赫的受激辐射。
1951年及其�
