蜗牛先生看风景
西周的周年纪念日，昏庸的周幽王向伯褒姒微笑，命人点燃烽火台，召集军队来侍奉西周。 这就是历史上著名的“向诸侯打烽火”的故事。 尽管历史学家对这个典故的真实性提出了诸多质疑，但古代烽火台通过火光和烟雾进行远距离快速通讯的方法是真实有效的，所以这也可以被视为最早的“光通讯”方法。
光通信的兴起
由于局限性，狼烟和烽火只能表达“有或无”，而无法传达更复杂的信息。 真正现代意义上的光通信是贝尔发明的。 贝尔发明电话后，进一步发明了利用光进行通信的方法，制成了“光电话”。
贝尔在他的论文《论光产生和再现声音》中解释了光电电话的原理：利用太阳光或弧光灯作为光源，光束聚焦在麦克风的振动器上。 当人说话时，振动器反射的光也会产生强度的变化（信号的调制）。 接收端将光信号通过抛物线聚焦到光电管上，将光电管电流的变化转换成声音信号（信号的解调）。 通过这种方法，贝尔实现了两百多米的通讯距离。 虽然这在他那个时代是一项了不起的技术成就，但由于光在大气中传播损耗明显，远距离通信非常困难，甚至在有障碍物的情况下无法通信，因此光学电话最终被搁置。
为了解决上述问题，科学家提出了一种解决方案，将光封闭在“管道”中进行通信。 由于光具有“全反射”的特性，我们可以选择折射率合适的材料，包裹在最外层进行保护，就可以制作出这样的导光管。 这就是光纤的基本原理。
回过头来，以上帝的视角，我们会感觉光纤的原理是如此简单，用它来进行光通信似乎顺理成章，但事实上，这个过程远没有我们想象的那么容易。 最初用于制造光纤的玻璃材料损耗很大，无法用于长距离通信。 其他方面也存在很多问题，甚至没有合适的光源。 以科学家高锟为代表的科学家们付出了无数的汗水和智慧，终于让光纤通信在全世界普及。
知识链接：光的全反射
所谓“全反射”是指光从高折射率（nH）介质进入低折射率（nL）介质时，如果入射角大于临界角，那么光就会被反射。完全体现出来了。
说起“光纤通信”，相信大家都不陌生。 毕竟，对于我们这些活跃在网络时代的人来说，“光纤到户”不再是一句口号，而是已经成为日常生活中实实在在的一部分。 如今红外光通信装置论文，许多人，尤其是青少年，享受着光纤通信的高速。 可能很难想象十年前，观看低清晰度视频会造成卡顿。 由于当时的“宽带”仍然依赖于电话线，并且是通过一种叫做ADSL的技术来实现的，所以网速非常有限。
很多人对光纤通信存在一些误解。 他们错误地认为光纤通信之所以比电缆通信和其他互联网接入方式更快，是因为光的物理传播速度更快。 但事实上，电缆通信中的电信号也以光速传播。 光纤通信速度比电缆通信高的真正原因是光的频率更高，因此可以加载的信息量更大，也就是我们常说的更大的带宽。 举一个不太恰当的例子，就像一侧有一辆汽车，另一侧有一辆大卡车。 即使速度相同，单位时间输送的货物量也是不同的。 在这个例子中，汽车的速度类似于光的传播速度，而汽车的载货能力类似于带宽。
虽然理论上来说，用于通信的光的频率越高、波长越短，信息负载能力就会越高。 然而，实际上，光纤通信使用的是近红外光波（例如波长约为1.55μm），而不是更高频率的光波。 可见光。 这是科学家综合考虑光波长、光纤损耗、光源稳定性、综合成本等诸多因素后做出的选择。 例如，目前用于光通信的光纤到1.55μm几乎完全透明，损耗相对较低； 在光纤中掺杂部分稀土元素铒，可以将1.55μm的入射光进行一定程度的放大，形成光纤信号。 放大器实现信号的远距离传输。
随着互联网的蓬勃发展，人们对通信速度的要求越来越高，因此科学家们在光纤通信技术方面也做出了许多创新。 作者在上面提到，用光纤代替电缆就像用大卡车代替汽车一样。 然而，大型卡车的载货能力也有限。 为了进一步提高通讯速率，科学家们想出了扩大通道的方法，这就像用多车道的宽路代替狭窄的单车道一样。
光通信发展前景
除了利用光的高频之外，还充分利用了光的其他特性，如波长、相位、偏振等。其中，比较典型的技术之一就是“波分复用”技术（定义可见2015年1月号《知识就是力量》国际光年专题）。 波分复用中使用的每个波长都是一个独立的通道，不会互相干扰，因此可以大大提高光纤通信的速度。 除了利用不同的波长作为不同的通道外，光的偏振也可以是扩展通道的一种方法。 由于光可以分解为两个正交的偏振光，因此在波分复用的基础上，通道数可以扩大两倍。
近年来，科学家利用具有螺旋相位分布的轨道角动量束，提出了一种理论上可以无限扩展通道的方法。 轨道角动量是电磁波的固有属性，它导致电磁波在传播过程中呈现出螺旋相位结构。 我们可以用“拓扑电荷”（一般用I表示）来表示相位旋转的速度。 不同拓扑电荷的光波传播互不影响，因此可以作为独立的通道。 由于拓扑电荷可以取任意整数值，理论上，利用轨道角动量束可以无限扩展光通信信道，大大提高通信速率。 这也是当今光通信领域的研究热点。
经过几十年的发展，光纤通信技术已经改变了世界，让我们足不出户就可以走遍世界，“地球村”已成为名副其实的名字。 但需要注意的是，无论光通信的带宽如何增加、信道如何扩展，信号延迟仍然会存在。 这是因为光速虽然极快，但仍然是一个有限值。 例如，从A点发出的信号，在到达B点之前，仍然要经历一段延迟。因此红外光通信装置论文，光通信中的信号延迟和通信速率是完全不同的两个东西。 概念。 例如，如果您将家庭宽带从10M光纤升级为100M光纤，文件下载速度将明显提升； 但是当你玩同一个网络游戏，选择国服（中国服务器）和美服（美国服务器）时，你会发现美国服务器的延迟比中国服务器大很多。 这是因为美国服务器在大洋彼岸，距离太远了。
这种延迟一般不是我们关心的事情，但在某些特殊场合却至关重要。 一个典型的例子就是金融行业的高频交易领域。 高频交易利用计算机软件算法进行自动化操作，任何延迟都会影响最终结果。 如果你能比竞争对手更早获取信息，你就会在竞争中占据优势。 历史上，一些投资者在芝加哥期货市场和纽约证券交易所之间铺设了1300公里的光纤线路，只是为了缩短3毫秒的延迟，获得一点交易优势。
如上所述，自由空间中的光通信有一些不可避免的缺点，例如损耗高、容易阻塞等，但有时这些缺点可以转化为优点。 例如，LIFI技术对LED灯进行编码，并使用可见光波作为照明光作为通信载体。 室内小区域速度很高，私密性好。 防刮网只需用窗帘覆盖即可。
