簡水生院士-時(shí)代呼喚信息安全網(wǎng)和廉價(jià)高效的光伏電池-(PPT講解.ppt

時(shí)代呼喚信息安全網(wǎng)和廉價(jià)高效的光伏電池EraCallsInformationSecurityNetworkandCheap、EfficaciousSolarcell中國科學(xué)院院士簡水生北京交通大學(xué),BJTU,時(shí)代呼喚安全信息網(wǎng)的早日實(shí)現(xiàn)我們所提出的光交換網(wǎng)是“基于可變波長激光器分布式波分復(fù)用全光交換網(wǎng)”北京交通大學(xué)光波所的工作常規(guī)能源有盡時(shí)，光伏（電池）發(fā)展無了期,一、時(shí)代呼喚安全信息網(wǎng)的早日實(shí)現(xiàn),自從高速交換路由器的研制成功，包交換的優(yōu)點(diǎn)便得到了充分的顯示，使發(fā)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(shè)備的成本，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展，至今互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)無所不在。互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展為人類信息社會(huì)做出了重大的貢獻(xiàn)。但是在互聯(lián)網(wǎng)中，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(shí)時(shí)準(zhǔn)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(jī)，阻礙了電子商務(wù)的迅速發(fā)展，危害到社會(huì)的穩(wěn)定和安全，也危及青少年的健康成長，時(shí)代呼喚安全信息網(wǎng)的早日實(shí)現(xiàn)。,遠(yuǎn)在1993年人們?cè)谕?，NII（NationalInformationInfrastructure）的建設(shè)將從根本上改變?nèi)藗兊纳罘绞?、工作方式、學(xué)習(xí)方式。世界掀起了建設(shè)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(wù)的交易額高達(dá)4萬億美元，以后每年都將以幾十個(gè)百分點(diǎn)的速度遞增，各種風(fēng)險(xiǎn)投資蜂擁而至，掀起了人類歷史上少見的光纖網(wǎng)建設(shè)高潮，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展達(dá)到了空前的繁榮。但是在2000年全世界的電子商務(wù)交易額只有數(shù)百億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人們的預(yù)期值，互聯(lián)網(wǎng)的繁榮急劇暗淡，IT業(yè)的發(fā)展迅速降低到了谷底，2002年全世界IT產(chǎn)業(yè)一片蕭條，至今尚未有大幅度增長的跡象。,造成這一現(xiàn)象的因素眾多，但我認(rèn)為這種互聯(lián)網(wǎng)的安全問題是其主要原因。因?yàn)槟壳盎ヂ?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(jì)算機(jī)的速度已經(jīng)達(dá)到了每秒數(shù)十萬億次，即將達(dá)到每秒千萬億次的量級(jí)，在這樣高的計(jì)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(zhàn)爭中，敵我雙方首先攻擊的將是對(duì)方的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的安全牽系到國家的安危、社會(huì)的穩(wěn)定和信息社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。,另一方面，城市交通堵塞、環(huán)境污染的世界性難題的解決，也迫切需要能夠支持和實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地辦公的安全的信息網(wǎng)。只有實(shí)現(xiàn)光路交換才可能從結(jié)構(gòu)上確保網(wǎng)絡(luò)的安全，因?yàn)樵诠饴方粨Q中受訊者與發(fā)訊者之間有固定的光路鏈接，在網(wǎng)上任何犯罪行為都將被實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)，無處可逃。這就是未來的信息安全網(wǎng)。,實(shí)際上目前兩根光纖可以通一至兩千萬話路,在實(shí)驗(yàn)室中的通信容量可高達(dá)10.92Tbps，相當(dāng)于1.7億數(shù)字話路，而每根光纜中有數(shù)十至數(shù)百根光纖，為人類社會(huì)提供了前所未有的最為廉價(jià)的信息光路，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類社會(huì)的需求。目前每公里光纖的售價(jià)約為10美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銅線的價(jià)格，而且其它光電子器件的價(jià)格都在成倍地下降，為人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)光路交換奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,在這種情況下，再去研究提高每一個(gè)光路的使用效率的光分組交換技術(shù)是沒有任何實(shí)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(diǎn)之一，我們國家從“973”到“863”也設(shè)立了大量的研究課題，投入了大量的資金?？墒?，光的延遲和光的邏輯器件的關(guān)鍵技術(shù)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(jìn)展，能夠?qū)崿F(xiàn)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(jīng)濟(jì)效益。,因?yàn)楣饫w通信的眾多光路已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類社會(huì)的需求，每一光路是人類歷史上最為廉價(jià)的通道。而實(shí)現(xiàn)各種光路交換所建立的復(fù)雜的價(jià)格高昂的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)內(nèi)受訊者仍然不能實(shí)時(shí)知道發(fā)訊者的地址碼，上述所有網(wǎng)絡(luò)的犯罪行為都可在分組交換光網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)代高速計(jì)算機(jī)的攻擊下，也必將迅速崩潰。,相反，我們應(yīng)該充分利用廉價(jià)的光纖和天文數(shù)字的光路來實(shí)現(xiàn)光路交換以確保網(wǎng)絡(luò)的安全。從電路交換到包交換再發(fā)展上升到光路的交換，這是螺旋上升，這符合毛澤東在實(shí)踐論所提出的“螺旋上升”的發(fā)展規(guī)律。由于光纖價(jià)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(shè)備的造價(jià)。在目前已建成的地下光纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上，再適度投資即可實(shí)現(xiàn)這種光纖交換網(wǎng)，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(zhàn)爭考驗(yàn)的地下通信信息網(wǎng)。,二、我們所提出的光交換網(wǎng)是“基于可變波長激光器分布式波分復(fù)用全光交換網(wǎng)”,圖1基于可變波長激光器全光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,我們?cè)谶@里還要著重指出的是，利用目前已敷設(shè)的光纖網(wǎng)可迅速實(shí)現(xiàn)國防、公檢法等國家專用保密網(wǎng)。目前國際形勢(shì)變化莫測(cè)，建立起“基于可變波長激光器分布式波分復(fù)用全光交換的新一代保密專用網(wǎng)”是十分緊迫的。由于“基于可變波長激光器分布式波分復(fù)用全光交換網(wǎng)”的建成，安全問題得到解決，不僅人們所期望的電子商務(wù)黃金時(shí)代將會(huì)到來，而且還將為人們隨時(shí)隨地辦公提供安全可靠的光路交換網(wǎng)，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(yù)計(jì)到2010年我國的汽車擁用量將達(dá)一億輛，耗油量占60。而光路交換安全網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)可以大大減少汽車擁有量和耗油量，大量節(jié)省能源，解決環(huán)境污染問題。同時(shí)以光路交換為特征的安全信息網(wǎng)不僅可以提供人們隨時(shí)隨地辦公的條件，而且可以提供遠(yuǎn)程醫(yī)療和手術(shù)、遠(yuǎn)程機(jī)械操作、遠(yuǎn)程雙向教學(xué)和遠(yuǎn)程立體電視電話會(huì)議，還可充分利用寬帶網(wǎng)大通信容量的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)世界上任何旅游景點(diǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)，人們可以在各地的立體的彩色的虛擬現(xiàn)實(shí)演示廳中遨游全世界風(fēng)景秀麗的景點(diǎn)和名勝古跡。,三、北京交通大學(xué)光波所的工作,圖2四個(gè)節(jié)點(diǎn)波長交換全光網(wǎng)演示系統(tǒng)的原理圖,圖3光路交換全光網(wǎng)演示系統(tǒng)的一角,圖4新型MCVD預(yù)制棒車床,圖5改進(jìn)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(bǔ)償點(diǎn)到點(diǎn)傳輸系統(tǒng)一角,圖9光纖軸向磨拋機(jī),為了空間科學(xué)的發(fā)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(jìn)一步研制出光子晶體光纖陀螺以滿足空間科學(xué)和國防的需求。同時(shí)，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(jí)摻鐿包層泵浦大功率激光器，以滿足國防和工業(yè)加工的需求。,圖10高數(shù)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(guī)能源有盡時(shí)，光伏（電池）發(fā)展無了期,二十一世紀(jì)將是能源危機(jī)和能源革命的世紀(jì)。眾所周知，世界上已探明的石油存儲(chǔ)量只能供應(yīng)40至50年，出兵伊拉克，就是為了石油不宣而戰(zhàn)。世界上石油儲(chǔ)量67%在中東，我國2004年進(jìn)口原油1.2億噸和成品油4000萬噸，80的進(jìn)口石油都需要經(jīng)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(shì)十分嚴(yán)峻。我國已探明煤炭儲(chǔ)存量約8200億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，利用目前的工藝技術(shù)，可以安全開采的總儲(chǔ)量約1500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2004年我國煤炭能源消耗為19.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，按照目前能源消耗增長的速率來計(jì)算的話，則我國的煤炭僅能夠滿足3040年的使用。常規(guī)能源是地球46億年形成過程中，太陽給予地球能源的儲(chǔ)存，可是在我們幾代人的發(fā)展過程中，就將這種常規(guī)能源消耗殆盡，這不僅危及到我國的持續(xù)發(fā)展，而且也是危及到中華民族的能否繼續(xù)生存發(fā)展的大事。,我國已決定發(fā)展核電，在未來十幾年內(nèi)將興建約40個(gè)百萬千瓦級(jí)核電組，如果2020年我國電力裝機(jī)總量達(dá)到9億千瓦，則核電只占總裝機(jī)容量的幾個(gè)百分點(diǎn)，但是預(yù)計(jì)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(guī)能源為60億噸，所排放的CO2將高達(dá)200億噸以上，對(duì)人類的生存環(huán)境將造成嚴(yán)重的影響。我國天然鈾資源短缺，大力進(jìn)口天然鈾，將會(huì)遇到更為嚴(yán)重的困難，人們還寄托希望于釷，如果釷能發(fā)電，那將提供我國上千年的能源需求，但是釷能否實(shí)現(xiàn)象鈾一樣的發(fā)電，目前尚無結(jié)論。我國東海、南海的能源開發(fā)有待積極進(jìn)行國際協(xié)作開發(fā)，其儲(chǔ)量尚未可知。常規(guī)能源的消耗量不可逆轉(zhuǎn)的，也是有盡時(shí)的。,太陽能就是無污染的巨大能源，太陽實(shí)時(shí)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(tái)風(fēng)、颶風(fēng)都是太陽能轉(zhuǎn)化的表現(xiàn)形式。據(jù)專家計(jì)算，我國陸地每年接受太陽輻射的能量約為24000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這是取之不盡、用之不竭的綠色能源。問題是應(yīng)該盡快地研制出價(jià)格低廉、轉(zhuǎn)換效率較高的光