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06 光空间与时间 Light Space and Time(第5页)

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为什么光通信这么好用呢?主要有两个原因。

首先,光束不容易相互影响,因此只需要一根光纤就可以同时传输许多种光脉冲(通常颜色不同),而不用担心信息发生混杂。

这是因为制造光纤的玻璃不吸收光或仅吸收极少量光,因此不会加热和破坏其他脉冲序列。

此外,在玻璃中传播的光强度必须非常高,这样才能影响另一束光。

举个例子,当两个激光器分别发出光束,即使这两个光束相互交叉,也不会出现光束扭曲或偏离其原始路径的现象。

(即使激光器具有巨大的功率,在真空中观察时也不会出现这样的现象。

但是如果你在非真空的环境下观察,由于光的传播路径中充满空气,光束会出现扭曲或偏离其原始路径的现象。

)这意味着在大多数材料中光束间的“串扰”

非常微弱,因此可以同时传输许多光束而不会导致信号变差。

这与沿着铜线传输电子的情况非常不同,它是在本地搭建“有线”

通信链路的常用方式。

由于电子通常会加热电线,导致电子自身的能量发生耗散,使信号更难被接收。

因此,在这种情况下,不同信号的通道数量必须保持足够小,才能够避免这一问题。

采用光学通信的第二个原因是,光波会以非常高的频率振**,这使得超短脉冲的产生成为可能,这一点我们在之前已经讨论过了。

这意味着脉冲与脉冲之间的间隔可以非常小,因而每秒可以传输更多比特的信息。

实际上,现在的商用长途系统已经可以达到40Gbps的速率。

相比之下,铜线中的电信号由于之前提到的热效应,使得带有信息的脉冲在持续时间和时间间隔上都受到限制,并且这种热效应会随着频率的增高而加剧,为信息的传递带来更多的限制。

可以说,铜线在以比光纤通信传递速率低得多的情况下就已经筋疲力尽了。

基于光纤的光学通信网络可以支持色域非常广泛的光,这是因为能被玻璃传送的光的波长范围较宽。

尤其在1.3~1.55μm波长范围内的光在光纤中几乎不发生散射或吸收损耗。

在这些波长下,光子在光纤中耗损率约为每千米5%。

这样微小的损耗可以通过在光纤中放大光的强度来弥补,从而使超远距离传输(例如横跨大西洋)成为可能,无须将光转换为电信号,或是将电信号转换为光。

电信频谱窗口被分成许多单独的频率“槽”

,类似于图30中所示的频率梳。

每个频谱分量是一个单独的通信信道。

频率窗口中可以有150个左右这样的槽。

在每个通信信道内,可以操作40Gbps的光信号。

因此,通信的总比特率为150乘以40Gbps,即6Tbps。

[1]

随着互联网的普及及其层出不穷的各种服务,我们对通信带宽的需求也在不断增长。

这促使光学工程师们不断开拓创新,探索如何更充分地利用光的潜力。

[1] 1Tb,1太比特(Terabyte),等于一万亿比特。

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