使用光網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)人發(fā)送的信息，傳播到世界各地。接下來(lái)介紹可以一次性快速傳輸海量信息的技術(shù)。
什么是光通信
｜什么是光通信？
光通信就是使用光，向?qū)Ψ絺鬏斝畔⒌募夹g(shù)。
�。馔ㄐ诺幕窘Y(jié)構(gòu)
我們身邊的電腦和手機(jī)，通過(guò)電信號(hào)“0和1”發(fā)送信息。光通信是由將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的“發(fā)送機(jī)”、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的“接收機(jī)”，以及傳輸光的回路“光纖”構(gòu)成。
�。馔ㄐ诺膬�(yōu)點(diǎn)
1.傳輸距離長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)節(jié)能
2.一次性傳輸海量信息
3.通信速度快
1）傳輸距離長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)節(jié)能
假設(shè)1秒鐘內(nèi)要傳輸10Gb的信息（100億個(gè)信號(hào)），如果使用電通信的話，每隔100米就要調(diào)整一次信號(hào)。與此相比，使用光通信的話，需要調(diào)整間隔可為100千米以上。調(diào)整信號(hào)的次數(shù)越少，所使用的機(jī)器數(shù)量也越少，因此具有經(jīng)濟(jì)節(jié)能的效果。
比如說(shuō)，現(xiàn)在和國(guó)外的朋友通話或上網(wǎng)聊天時(shí)，感覺(jué)與在國(guó)內(nèi)通話沒(méi)什么兩樣。不像以前那樣聲音會(huì)滯后。在只有電通信的時(shí)代，一次能傳輸?shù)木嚯x短而且傳輸?shù)男畔⒘可伲瑖?guó)際間的通信主要通過(guò)人造衛(wèi)星作為中繼傳輸。但是，使用光通信的話，一次性傳輸?shù)木嚯x長(zhǎng)而且傳輸?shù)男畔⒘慷�，因此，通過(guò)使用鋪設(shè)在海底的光纖光纜，就能實(shí)現(xiàn)與海外自然暢通的通信。（電波和光的速度相同。但是，由于經(jīng)由衛(wèi)星的話傳輸路徑會(huì)變長(zhǎng)，信號(hào)到達(dá)較慢。海底電纜的距離短很多，所以信號(hào)會(huì)更快達(dá)到。）
2）一次性傳輸海量信息
大量用戶(hù)可以同時(shí)接收需要的信息（電影或新聞等）。在1秒鐘內(nèi)，電通信最多只能傳輸10Gb（100億個(gè)0和1信號(hào)）的信息，與此相比，光通信最多可以傳輸1Tb（1萬(wàn)億個(gè)0和1信號(hào)）的信息。
3）通信速度快
電通信會(huì)因電噪聲出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致通信速度下降。但是，光通信不會(huì)受到噪聲的影響，因此可快速傳輸信號(hào)。
光通信用在什么地方
｜光通信存在于身邊乃至世界
互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、IP電話等使用網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，將每個(gè)人與其所在地區(qū)、與整個(gè)國(guó)家聯(lián)系起來(lái)，甚至連接至全球通信網(wǎng)。比如說(shuō)，電腦和手機(jī)發(fā)出的信號(hào)聚集在本地通信運(yùn)營(yíng)商的基站和網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商，再通過(guò)海底光纜中的光纖傳輸至世界各地。
｜連接網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備
我們平常所使用的各種設(shè)備都能聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，讓我們的生活變得更加舒適便捷。
為什么需要光通信技術(shù)
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我們的通信量每年都在增加。我們平時(shí)使用手機(jī)、短信、接收?qǐng)D像、網(wǎng)絡(luò)（虛擬）商店時(shí)進(jìn)行信息交流。設(shè)備性能逐年改善，使用方法也隨之改變。我們可以想象，今后的通信量還會(huì)不斷增大。光通信技術(shù)就運(yùn)用于信息交流中。
�。鼈鬏斄�
隨著整個(gè)社會(huì)通信量的增加，不斷出現(xiàn)了只需1根光纖就能傳輸更多信息的技術(shù)。
表示傳輸量的單位
單位是bps。即bit per second的簡(jiǎn)稱(chēng)，表示1秒鐘內(nèi)可以傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。比如說(shuō)，1bps表示的則是1秒鐘內(nèi)可以傳輸1比特的數(shù)據(jù)。
光通信中所使用的裝置（光傳輸裝置）
�。鈧鬏斞b置是做什么的呢
光通信網(wǎng)的關(guān)鍵部位裝有光傳輸裝置。這個(gè)裝置發(fā)揮著許多作用。
1.信號(hào)轉(zhuǎn)換（發(fā)送信號(hào)）：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。
2.信號(hào)復(fù)用：將多個(gè)窄的信號(hào)匯聚成一個(gè)寬的信號(hào)。
3.信號(hào)中繼：遠(yuǎn)距離傳輸，中途中繼信號(hào)。
4.信號(hào)轉(zhuǎn)向：轉(zhuǎn)換信號(hào)的傳輸方向。
5.信號(hào)解復(fù)用：將復(fù)用的信號(hào)分解成原來(lái)的單獨(dú)信號(hào)。
6.信號(hào)轉(zhuǎn)換（接收信號(hào)）：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
｜光傳輸裝置
裝置中安裝了各種部件。
1. 轉(zhuǎn)換（發(fā)送信號(hào)）
將接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。
2.復(fù)用
復(fù)用多個(gè)信號(hào)同時(shí)發(fā)送。
3.中繼
傳輸過(guò)程中，信號(hào)的波形和強(qiáng)度發(fā)生劣化，因此需要將波形復(fù)原到原信號(hào)那樣整齊的波形，加大光強(qiáng)。如果波形劣化嚴(yán)重，就需要暫時(shí)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，波形錯(cuò)誤修正后，重新轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸。
4.轉(zhuǎn)向
根據(jù)信號(hào)的去向，光開(kāi)關(guān)切換光信號(hào)的傳輸方向。
5.解復(fù)用
將復(fù)用的信號(hào)分解成原來(lái)的單獨(dú)信號(hào)。
6.轉(zhuǎn)換（接收信號(hào)）
將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
通信方式（現(xiàn)在與將來(lái)）
下面通過(guò)汽車(chē)和車(chē)道來(lái)說(shuō)明通信方式。假設(shè)汽車(chē)代表占有車(chē)道的時(shí)間（1區(qū)間）、貨物代表每次搬運(yùn)的信息量（比特?cái)?shù)）、車(chē)道代表光的一個(gè)波長(zhǎng)。
｜現(xiàn)在的通信速度：每波長(zhǎng)傳輸10Gbps、40Gbps
·時(shí)分復(fù)用法（TDM: Time Division Multiplexing)
因?yàn)槊看慰梢詡鬏數(shù)男畔⒂邢�，所以需要分時(shí)段傳輸。比如說(shuō)，多個(gè)用戶(hù)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，搬運(yùn)信息的車(chē)道只有一條，因此裝載不同信息包裹的貨車(chē)需要排成一列進(jìn)行搬運(yùn)。車(chē)道出現(xiàn)堵塞時(shí)，傳輸速度就會(huì)變慢。
·波分復(fù)用法(WDM: Wavelength Division Multiplexing)
一次能傳輸?shù)男畔⒘枯^多，通過(guò)改變波長(zhǎng)，可同時(shí)傳輸多位用戶(hù)的信息。比如說(shuō)，即使多位用戶(hù)同時(shí)發(fā)送信息，只要分布著多條車(chē)道就不易造成堵塞，能夠流暢地運(yùn)送貨物（比特?cái)?shù)），而且傳輸速度比較平穩(wěn)。
·多級(jí)調(diào)制法 (MM:Multi-level Modulation)
在1波長(zhǎng)的1個(gè)區(qū)間傳輸多個(gè)信號(hào)的方法。通過(guò)改變光的波形，在同一波長(zhǎng)上傳輸多位用戶(hù)的信息。具有代表性的技術(shù)是四相差分相移鍵控調(diào)制法（DQPSK:Differential Quadrature Phase-Shift-Keying)。通常情況下，每輛貨車(chē)裝載的貨物是1比特，但是，使用“DQPSK”時(shí)，每輛貨車(chē)可裝載2比特貨物。
｜將來(lái)的通信速度：每波長(zhǎng)傳輸100Gbps
100Gbps相當(dāng)于約0.4秒傳輸一張DVD的速度。（假設(shè)換算成容量為4.7GB的DVD）
·偏振復(fù)用法(Polarization multiplexing)
光在振動(dòng)的同時(shí)向前進(jìn)。振動(dòng)的方向叫做“偏波”，分成垂直振動(dòng)前進(jìn)的光（垂直偏波）和水平振動(dòng)前進(jìn)的光（水平偏波）兩種。偏波中包含的信息不會(huì)互相干擾，可傳輸大量信息。比如說(shuō)，1條車(chē)道上同時(shí)行駛著2輛貨車(chē)，這2輛貨車(chē)在傳輸信息時(shí)不會(huì)發(fā)生碰撞。
神通廣大的光網(wǎng)絡(luò)（實(shí)例介紹）
光纖遍布全世界，我們?cè)诟鞣N場(chǎng)合都能獲得高質(zhì)量的服務(wù)。接下來(lái)介紹相關(guān)實(shí)例。
小故事（為什么天空是藍(lán)色的，夕陽(yáng)是紅色的呢）
�。鼮槭裁刺炜帐撬{(lán)色的，夕陽(yáng)是紅色的呢？
你有沒(méi)有想過(guò)，為什么天空看起來(lái)是藍(lán)色的呢？ 天空呈現(xiàn)藍(lán)色是有原因的。光的波長(zhǎng)不同，呈現(xiàn)的顏色也不盡相同。太陽(yáng)光進(jìn)入地球的空氣層（大氣層）后會(huì)與空氣中的灰塵（分子）發(fā)生碰撞，因此會(huì)改變光的朝向。也就是說(shuō)，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)較短的光（比起紅光藍(lán)光波長(zhǎng)更短）更容易與灰塵發(fā)生碰撞，所以光線容易到處擴(kuò)散。天空之所以看起來(lái)是藍(lán)色，是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)較短的藍(lán)光擴(kuò)散至整片天空。
｜太陽(yáng)光的波長(zhǎng)
太陽(yáng)光看上去泛白，實(shí)際上因?yàn)榛祀s著從紅光到藍(lán)光的各色光。也就是說(shuō)，太陽(yáng)光中的光的波長(zhǎng)各不相同。
｜天空呈現(xiàn)藍(lán)色的原因（太陽(yáng)光與灰塵發(fā)生碰撞）
1)太陽(yáng)光進(jìn)入空氣層。空氣層中漂浮著許多灰塵。
2)波長(zhǎng)較短的藍(lán)光容易與灰塵發(fā)生碰撞，光就向四周擴(kuò)散。
另外，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光在灰塵間自由穿梭。
3)藍(lán)光擴(kuò)散至整片天空，從遠(yuǎn)處看，天空呈現(xiàn)藍(lán)色。
�。﹃�(yáng)呈現(xiàn)紅色的原因
為什么藍(lán)色的天空在傍晚時(shí)分會(huì)呈現(xiàn)紅色呢？這與太陽(yáng)光穿過(guò)空氣層的距離有關(guān)。太陽(yáng)下山時(shí)，太陽(yáng)的位置從我們的正上方向水平方向移動(dòng)。于是，太陽(yáng)光穿過(guò)空氣層的距離，比起在正上方時(shí)，水平方向時(shí)變得更長(zhǎng)，之前從灰塵縫隙中穿過(guò)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光開(kāi)始與灰塵發(fā)生碰撞。而且，由于藍(lán)光的波長(zhǎng)較短，無(wú)法到達(dá)遠(yuǎn)處，只有被紅光覆蓋的天空映入我們的眼簾，因此，夕陽(yáng)看上去是紅色。
如上圖所示，夕陽(yáng)呈現(xiàn)紅色的原因是，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光即使穿過(guò)厚厚的大氣層后也不容易發(fā)生散射，具有能夠到達(dá)遠(yuǎn)處的特性。光通信正是利用了這一原理，為了減少光纖中的散射，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，使用的是波長(zhǎng)稍長(zhǎng)的光。
預(yù)備知識(shí)（什么是波長(zhǎng)）
�。裁词遣ㄩL(zhǎng)
從字面上看，“波長(zhǎng)”就是“波的長(zhǎng)度”�！安ā卑暡�、電波和光波等。波長(zhǎng)是指一個(gè)波到下一個(gè)波之間的“一波”之長(zhǎng)。
波長(zhǎng)的差異隨處可見(jiàn)。比如說(shuō)，顏色的差異和聲音高低的差異都取決于波長(zhǎng)的“長(zhǎng)短”。
�。ǖ幕锇�
波長(zhǎng)不同，種類(lèi)各異。光通信中所使用的頻率是1.3微米或1.55微米，屬于紅外線的一種。
