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            一号平台登录手机版-光通信简史

            admin 2019-09-07 227人围观 ,发现0个评论

            1841年,Daniel Colladon和Jacques Babinet这两位科学家做了一个简略的实验:

            在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。成果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流曲折,光线也跟着曲折。

            光竟然被曲折折曲的水抓获了。


            这是为什么呢?莫非光线不是直线传输吗?

            这一现象,叫做光的全内反射效果。即,光从水中射向空气,当入射角大于某一视点时,折射光线消失,悉数光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中曲折行进。实际上,在曲折的水流里,光仍沿直线传达,只不过在内表面上发作了屡次全反射,光线通过屡次全反射向前传达。


            1880年,亚历山大贝尔(Alexander Graham Bell)创造晰“光话机”。贝尔将太阳聚成一道极为狭隘的光束,照射在很薄一号平台登录手机版-光通信简史的镜子上,当人们发出声音的“声波”让这面薄镜发作振荡时,“反射光”强度的改动使得感应的侦测器发作改变,改动“电阻”值。而接纳端则运用改动的“电阻”值发作电流,还原成本来的“声波”。


            当贝尔测验“光话机”成功时,他写下了:

            我听到光线的笑声、咳嗽声和歌唱声。


            不过,他的这项创造仅能传达约200米,由于由空气传递的光束,光线强度仍会随距离敏捷削弱。


            其时贝尔虽曾猜测这项创造:

            在科学国际里,这将远比电话、留声机和麦克风更风趣。


            由于光线在空气中的衰减速度很快,因而,人们想到了运用物质传导光,正如Daniel Colladon和Jacques Babinet的演示那样,让“光波”在水柱中传达。

            可是,在1841年那个水桶演示之后的近60年里,光的全内反射原理只是用于短距离传达范畴。比方,应用于医学,牙科医生用曲折的玻璃棒来把灯火导入患者的口腔为手术照明。


            尽管玻璃纤维从文艺复兴时期就开端被广泛应用,玻璃工人可以出产出精巧的花瓶和工艺品。可是,要处理光导长距离传输必须将玻璃棒拉成非常巩固和柔韧的玻璃纤维。

            1887年,一位英国科学家,Charles Vernon Boys,在一根加热过的玻璃棒邻近放了一张弓,当玻璃棒满意热时,把箭射出去,箭带动热玻璃在实验室里拉出了一道长长的纤细的玻璃纤维。


            这根“光纤”,足足有9英尺长(约2.74米)。

            这无疑让光纤通讯又行进了一大步。不过,和1841年那次水桶演示后发作的状况相同,实验终归是实验,迈向下一步咱们又足足等了50年。

            直到1938年,美国Owens Illinois Glass公司与日今日东纺绩公司才开端出产玻璃长纤维。

            可是,这个时分出产的光纤是裸纤,没有包层。


            咱们知道,光纤的传达是运用全内反射原理,全内反射角由介质的折射系数决议,裸纤会引起光走漏,光乃至会从粘附在光纤上的油污走漏出去。

            包层的问一号平台登录手机版-光通信简史题在1950年代才处理。

            1951年,光物理学家Brian O’Brian提出了包层的概念。

            然后,有人试图用人造黄油作为包层,但成果不实用。

            1956年,密歇根大学的一位学生制作了第一个玻璃包层光纤,他用一个折射率低的玻璃管熔化到高折射率的玻璃棒上。

            玻璃包层很快成为规范,塑料包层也相继呈现。

            众所周知,光纤运用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全内反射原理抵达光传导。一般,光纤的一端的发射设备运用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤,光纤的另一端的接纳设备运用光敏元件检测脉冲。

            1960年代,电信工程师们正在寻觅更多的传输带宽。无线电、微波的频率已不能满意添加中的电视、电话对带宽的要求,因而他们想找一种更高的频率来承载信号。电话公司以为行将到来的可视电话,又会添加对带宽的需求。

            1960年,Theodore Maiman 向人们展现了第一台激光器。这燃起了人们对光通讯的爱好,激光看起来是很有出路的通讯方法,可以处理传输带宽问题,许多实验室开端了实验。


            不过,很快他们发现,空气并不是激光通讯传达的优秀介质,受气候的影响太严峻了。天然,工程师们把目光转移到光纤上。

            有了发光源,包层的问题也处理了,看起来光纤通讯到来的日子不远了。可是,接下来的问题让不少人打了退堂鼓。

            有了包层的光纤,不过是能做成灵敏的内窥镜进入人体的咽喉、胃部、结肠,而其运用于内窥镜中,光传达3米能量就丢失一半,用于人体内脏查看还可以,但用于长距离的光通讯,似乎天方夜谭。

            光纤传达损耗太大,不适合于通讯,许多工程师抛弃了光纤通讯的测验。

            总是有些人不愿轻言抛弃。他们决议,一定要找出影响光纤损耗的要素究竟是什么。

            总算,1966年,年青的工程师,英藉华人高锟(K.C.Kao)得出了一个光纤通讯史上打破性的定论:

            损耗主要是由于资料所含的杂质引起,并非玻璃自身。



            光纤之父 — 高锟

            他预言,光束在高纯度的光纤中传达至少500米时,还有10%的能量剩下。

            骚年,你在恶作剧吧!关于许多人而言,这个预言好像神话相同。

            1966年7月,高锟就光纤传输的远景宣布了具有历史意义的论文。该文剖析了形成光纤传输损耗的主要原因,从理论上论述了有可能把损耗下降到20dB/公里的见地,并提出这样的光纤将可用于通讯。

            现在咱们都知道,43年后,高锟由于这篇论文获得了2009年诺贝尔物理学奖。


            可是在其时,许多人都以为这是天方夜谭。

            高锟像传道士相同处处推销他的信仰,他远赴日本、德国,乃至美国大名鼎鼎的贝尔实验室。关于自己信任的东西,高锟很顽固。或许正是出于这样的“顽固”,高锟的论文,消无敌浩克除了学术界、工业界的疑虑,证明晰光导纤维传输信息的可行性,咱们立刻就跟上来了。

            光纤变成了热门。工业界投入人力和财力,科学家、工程师竭尽全力。

            很快,四年今后,美国康宁公司就真的拉出来了20dB/公里的光纤。


            美国康宁公司

            康宁公司第一个完成了与理论共同的成果,并打破了高锟所提出的每公里衰减20分贝(20dB/km)关卡,证明光纤作为通讯介质的可能性。

            与此一起,运用砷化镓(GaAs)作为资料的半导体激光(semiconductor laser)也由贝尔实验室创造出来,并且凭借着体积小的优势而很多运用于光纤通讯体系中。

            至此,光纤才真实开端应用于光纤通讯。因而,咱们把1966年称为光纤通讯的诞生年。

            从那今后,光纤通讯正式开端揭开序幕…

            1972年,传输损耗下降至4dB/km。

            1973年,我国邮电部武汉邮电学院开端研讨光纤通讯。

            1974年,美国贝尔研讨所创造晰低损耗光纤制作法—CVD法(汽相堆积法),使光纤传输损耗下降到1.1dB/km。

            1976年,贝尔实验室在亚特兰大建成第一条光纤通讯实验体系,选用了西方电气公司制作的含有144根光纤的光缆。第一条速率为44.7Mbit/s的光纤通讯体系在地下途径中诞生。

            此刻,日本电报电话公司开端了64km、32Mbit/s骤变折射率光纤体系的室内实验,并研制成功1.3微米波长的半导体激光器。

            1一号平台登录手机版-光通信简史978年,我国自行研制出通讯光缆,选用的是多模光纤,缆心结构为层绞式。

            1979年,日本电报一号平台登录手机版-光通信简史电话公司研制出0.2db/km的极低损耗石英光纤(1.5微米)。

            第一个商用的光纤通讯体系面世。这个人类史上第一个光纤通讯体系运用波长800nm的砷化镓激光作为光源,传输的速率抵达45Mb/s,每10公里需求一个中继器增强信号。

            接着,第二代的商用光纤通讯体系也面世了。它运用波长1300nm的磷砷化镓铟(InGaAsP)激光。

            前期的光纤通讯体系尽管遭到色散(dispersion)的问题而影响了信号质量,可是1981年单模光纤(single-mode fiber)的创造克服了这个问题。

            到了1987年时,一个商用光纤通讯体系的传输速率现已高达1.7Gb/s,比第一个光纤通讯体系的速率快将近四十倍之谱。一起传输的功率与信号衰减的问题也有明显改进,距离50公里才需求一个中继器增强信号。

            1980年代末,EDFA的诞生,可谓光通讯历史上的一个里程碑似的事情。它使光纤通讯可直接进行光中继,使长距离高速传输成为可能,并促进DWDM的诞生。

            到了第三代的光纤通讯体系,改用波长1550nm的激光做光源,并且信号的衰减现已低至每公里0.2分贝(0.2dB/km)。之前运用磷砷化镓铟激光的光纤通讯体系常常遭遇到脉波延散(pulse spreading)问题,而科学家则规划出色散搬迁光纤(dispersion-shifted fiber)来处理这些问题。这种光纤在传递1550nm的光波时,色散简直为零,因其可将激光光的光谱约束在单一纵模(longitudinal mode)。

            这些技能上的打破使得第三代光纤通讯体系的传输速率抵达2.5Gb/s,并且中继器的距离可抵达100公里远。

            第四代光纤通讯体系引入光放大器(optical amplifier),进一步削减中继器的需求。别的,波分复用(wavelength-division multiplexing, WDM)技能则大幅添加传输速率。

            这两项技能的开展让光纤通讯体系的容量以每六个月添加一倍的方法大幅跃进,到了2001年时现已抵达10Tb/s的惊人速率,足足是80年代光纤通讯体系的200倍之多。

            后来,传输速率现已进一步添加到14Tb/s一号平台登录手机版-光通信简史,每隔160公里才需求一个中继器。

            第五代光纤通讯体系开展的重心在于扩展波分复用器的波长操作规模。传统的波长规模,也便是一般俗称的“C band”约是1530nm至1570nm之间,新一带的无水光纤(dry fiber)低损耗的波段则延伸到1300nm至1650nm间。

            别的一个开展中的技能是引入光孤子(optical soliton)的概念,运用光纤的非线性效应,让脉波可以反抗色散而保持本来的波形。

            作为20世纪人类社会所获得的最巨大的技能成果之一,光纤通讯技能是人类向信息化年代跨进不行代替的重要柱石。假如没有光纤通讯的创造,就没有舒适和便当的互联网日子。

            本文转载自 网优雇佣军

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