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光通信其实没你想得那么难

日期: 2017-08-15
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摘要:通信史上,波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年,而以发明电话而著名的贝尔,在1876年发明了电话之后,就想到利用光来通电话的问题。1880年,他利用太阳光作光源,大气为传输媒质,用硒晶体作为光接收器件,成功地进行了光电话的实验,通话距离最远达到了213米。

  随着科技发展,人们生活方式在通信方面有了巨大的改变,从原来的无线电通信到有线通信,再到现在的光通信光通信因为传输频带宽、通信容量大;传输损耗低、中继距离长等等优点被广泛应用。那么光通信究竟是怎样实现的呢?

  历史上光通信的第一次实现

  通信史上,波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年,而以发明电话而著名的贝尔,在1876年发明了电话之后,就想到利用光来通电话的问题。1880年,他利用太阳光作光源,大气为传输媒质,用硒晶体作为光接收器件,成功地进行了光电话的实验,通话距离最远达到了213米。

 光通信其实没你想得那么难

  光通电话实验中,贝尔用弧光灯或者太阳光作为光源,光束通过透镜聚焦在话筒的震动片上。当人对着话筒讲话时,震动片随着话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化,从而使话音信息承载在光波上(这个过程叫调制)。在接收端,装有一个抛物面接收镜,它把经过大气传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上,硅光电池将光能转换成电流(这个过程叫解调)。电流送到听筒,就可以听到从发送端送过来的声音了。

  然而,贝尔提出的光通信对于环境的要求比较高。传播过程中,可靠持续的光源和稳定的空气介质严重影响光信息的传输。真要用光来通信,必须要解决两个最根本的问题:一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质;另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。在此后的几十年中,由于这两项关键技术没有得到解决,光通信就一直没有了新的进展。

  实验室巧合促进光通信最重要器件出现

  光是沿直线传播的这个定律是早在十四世纪元代天文数学家赵友钦设计的小孔成像实验就得到了严谨的验证。而1870年,英国物理学家廷德尔却在实验中观察到了光沿着曲线传播了。在一次实验中,把光照射到盛水的容器内,从出水口向外倒水时,光线也沿着水流传播,出现弯曲现象,这好象不符合光只能直线传播的定律。而且还发现光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输,光也顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢?难道光线不再直进了吗?这些现象引起了丁达尔的注意,经过他的研究,发现这是光的全反射作用,即由于水等介质密度由于比周围的物质(如空气)大,即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。

  后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝,当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。这就有了光纤的雏形。随后1966年,英籍、华裔学者高锟博士(K.C.Kao)PIEE 杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》,从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性,并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。从这以后光通信世界的大门被完全推开。

  光通信原理

  其实,光通信就是一种以光作为信息载体而实现通信的方式。目前由于科技局限,我们的信息主要是以电信号的方式存在,在实现光通信时,首先要将电信号转换为光信号,通过光纤光缆传输后再将光信号转换成电信号应用,达到信息传递的目的。

光通信其实没你想得那么难 

  最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。

  其中数据源包括所有的信号源,它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号;光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号,由于光波在不同光纤里传输是衰减不同的特性筛选传输光波,目前用过的光波窗口有0.85μm1.31μm1.55μm;光学信道包括最基本的光纤,还有中继放大器EDFA;光学接收机则用于接收光信号,并从中提取信息,然后转变成电信号,最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

  光通信现状

  基于光通信传输频带宽、通信容量大、传输损耗低、中继距离长等等优点,未来传输网络的最终目标成为构建全光网络,在接入网、城域网、骨干网完全实现光纤传输代替铜线传输

  其中,骨干网是对速度、距离和容量要求最高的一部分网络,其基本思想是在过去的光传输网络上引入智能控制平面,从而实现对资源的按需分配;而城域网将会成为运营商提供带宽和业务和瓶颈,同时,城域网也将成为最大的市场机遇;对接入网来说,FTTH(光纤到户)是一个长远的理想解决方案。FTTx的演进路线将是逐渐将光纤向用户推近的过程,即从FTTN(光纤到小区)FTTC(光纤到路边)FTTB(光纤到公寓小楼)乃至最后到FTTP(光纤到驻地),当然这将是一个很长的过渡时期。

  骨干网和城域网已经基本实现了全光化,部分网络发展较快的区域,也实现了部分的接入层的光进铜退。

  今天,光通信技术已经很成熟,光纤通信已是各种通信网的主要传输方式,光纤通信在信息高速公路的建设中扮演着至关重要的角色。我国在光通信方面,得益于三网融合、提速降费等一系列政策增加了光通信设备的大量需求,随着宽带中国战略进程的推进,国内三大电信运营商加快光网城市建设的步伐,我国光通信产业目前呈现出了高速增长的态势。

(转自讯石光通讯网)

 

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