到底什麼是光通信？

大家好，我是小棗君。

隨著科技發展，人們生活方式在通信方面有了巨大的改變，從原來的無線電通信到有線通信，再到現在到處都在被提及的光通信。

那麼究竟什麼是光通信呢？

歷史上光通信的第一次實現

歷史上，俄國人波波夫發送與接收第一封無線電報是在1896年。而美國人亞歷山大·貝爾早在1876年申請電話專利之後，就想到利用光來通電話的問題。

1880年，貝爾利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質，用硒晶體作為光接收器件，成功地進行了「光電話」的實驗。在實驗中，通話距離最遠達到了213米。

貝爾的「光電話」實驗

貝爾是怎麼做的呢？

他用弧光燈或太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在電話話筒的震動片上。

當對著話筒講話時，話筒的震動片隨著聲音而震動，使反射光的強弱隨著話音的強弱產生相應的變化，從而使話音信息「承載」在光波上。

在接收端，裝有一個拋物面的接收鏡，它把經過大氣空間傳送過來的「載有話音信息」的光波反射到硅光電池上。硅光電池再將光能轉換成電流。電流送到聽筒，就可以聽到從發送端送過來的聲音了。

聲音→震動片→反射光→硅光電池→電流→聽筒→聲音

然而，貝爾提出的光通信對於環境的要求很高。傳播過程中，可靠持續的光源和穩定的空氣介質嚴重影響光信息的傳輸。

在此後的很長時間，正是由於這兩項關鍵技術沒有得到解決，光通信就一直沒有什麼新進展。

實驗室巧合促進光通信最重要器件出現

「光是沿直線傳播的。」

早在十四世紀中國元代，這個定律就通過天文數學家趙友欽設計的小孔成像實驗得到了嚴謹驗證。

但是，1870年，英國物理學家廷德爾卻在實驗中觀察到了光沿著曲線傳播的現象。

在一次實驗中，他把光照射到盛水的容器內，當他從出水口向外倒水時，光線也沿著水流傳播，出現彎曲現象。

而且他還發現，光能沿著從酒桶中噴出的細酒流傳輸，光也順著彎曲的玻璃棒前進。這究竟是為什麼呢？

這些現象引起了同樣是英國物理學家的約翰·丁達爾的注意。

經過他的研究，發現這是光的全反射作用，即由於水等介質密度由於比周圍的物質（如空氣）大，即光從水中射向空氣，當入射角大於某一角度時，折射光線消失，全部光線都反射回水中。

丁達爾現象：

當一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現的一條光亮的「通路」。

後來人們造出一種透明度很高、粗細像蜘蛛絲一樣的玻璃絲，當光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進。這就是光纖的雛形。

1966年，英籍華裔學者高錕博士（K.C.Kao）在PIEE雜誌上發表論文《光頻率的介質纖維表面波導》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現光通信的可能性，並預言了製造通信用的超低耗光纖的可能性。

高錕博士因此獲得2009年諾貝爾獎

從這以後，光通信世界的大門被完全推開。

光通信原理

其實，光通信就是一種以光作為信息載體而實現通信的方式。

目前，我們的信息主要是以電信號的方式存在。

在實現光通信時，首先要將電信號轉換為光信號，通過光纖光纜傳輸後再將光信號轉換成電信號，達到信息傳遞的目的。

最基本的光纖通信系統由信源、光發送端、光學信道和光接收機、信宿組成。

話音、圖像、數據等業務經過信源編碼得到電信號。光發送機和調製器則負責將信號轉變成適合於在光纖上傳輸的光信號。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等。光學接收機則用於接收光信號，並從中提取信息，然後轉變成電信號，最後得到對應的話音、圖像、數據等信息。

光通信的具體傳輸方式，隨著時代的發展，也分為好幾種：

時分復用法

（TDM: Time Division Multiplexing）

很容易理解，就是將信息分時段進行傳輸。

波分復用法

（WDM: Wavelength Division Multiplexing）

一次能傳輸的信息量較多，通過改變波長，可同時傳輸多位用戶的信息。

多級調製法

（MM:Multi-level Modulation）

在1波長的1個區間傳輸多個信號的方法。通過改變光的波形，在同一波長上傳輸多位用戶的信息。具有代表性的技術是四相差分相移鍵控調製法（DQPSK)。

偏振復用法

（Polarization multiplexing）

光在振動的同時向前進。振動的方向叫做「偏波」，分成垂直振動前進的光（垂直偏波）和水平振動前進的光（水平偏波）兩種。偏波中包含的信息不會互相干擾，可傳輸大量信息。

光通信現狀

光通信擁有很多的優點：傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗低、中繼距離長等。顯然，具有很廣泛的應用場景。

未來傳輸網路的最終目標是構建全光網路——在接入網、城域網、骨幹網完全實現「光纖傳輸代替銅線傳輸」。

其中，骨幹網是對速度、距離和容量要求最高的一部分網路。隨著ASON（自動交換光網路）技術的應用，正在逐漸實現智能化。

而對接入網來說，FTTH（光纖到戶）是一個理想解決方案。

▼FTTx的演進路線將是逐漸將光纖向用戶推近的過程

骨幹網和城域網已經基本實現了全光化，部分網路發展較快的區域，也實現了接入層的光進銅退。

今天，光通信技術已經很成熟，光纖通信已是各種通信網的主要傳輸方式。

實驗室中，單條光纖最大速度已達到了26Tbps。。。是傳統網線的兩萬六千倍。。。

當然，光纖通信也有它的缺點，例如質地脆弱、容易損壞，還有，光纖的切割和接續都需要專門的工具設備，等等。

▼光纖熔接是一門技術活

但是，瑕不掩瑜。這些缺點相對它的優點來說，算不上什麼。

光通信還有很大的發展潛力，也許，將來真的有那麼一天，不再有同軸電纜，不再有網線，所有的數據傳輸，全都靠光來完成呢？

好了，今天就到這裡啦。下次，我們要介紹另外一個「光通信」哦！

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