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用光束来传输信息的原理
时间: 2020-07-28 17:35 浏览次数:
用光束来传输信息的原理 今天跟大家聊聊用光束来传输信息的原理,光数据传输是采用光束来传输信息。 光用于数据传输中具有很大的潜力实现非常高的数据速率。这主要是光波频率

用光束来传输信息的原理

今天跟大家聊聊用光束来传输信息的原理,光数据传输是采用光束来传输信息。
 
  光用于数据传输中具有很大的潜力实现非常高的数据速率。这主要是光波频率高的结果,因此也可以常用非常宽的光学带宽。
 
  例如,在光纤中传输波长范围为1300nm到1600nm的光,对应的带宽为43THz,这比采用电缆高了几个数量级。尽管现在还无法完全达到理论上如此高的带宽,光链路(自由空间链路或者光纤链路)的传输容量远远大于电缆或者无线电通信链路。
 
  对于有限光带宽情况,容许的数据传输的比特率依赖于传输系统的信噪比。根据Shannon-Hartley理论,实际的无误比特率与1的对数值与信噪比的和成正比。信噪比很高时,光纤传输系统也无法达到理论预测的水平,因为非线性效应会引起信号畸变。实际中,可以得到的光谱效率约为光带宽每赫兹为1bit/s,依赖于调制格式。高级调制格式,例如差分正交相移键控(DQPSK),可以得到更高的光谱效率。
 
  波导传输与自由空间传输对比
 
  大多数情况下,光数据传播采用光纤作用传输介质(光纤通信),因为在光在光纤中由于损耗极低可以传输非常长的距离,不存在对准问题,不存在大气扰动以及类似效应。当然自由空间光通信也具有许多应用,例如地球轨道卫星间,遥远的宇宙飞船与地面站之间,或者城市写字楼间的短距离之间。
 
  比特率问题
 
  即使数字传输系统也不是无误的,统计的涨落是受噪声(激光器噪声,放大器噪声,散粒噪声,接收器的附加噪声)影响的,是一小部分传输的比特是缺损的。比特误码率(也就是不正确的传输比特所占的比例)强烈依赖于传输功率,而传输功率需要足够高使比特误码率低于一个可接受的水平(例如,地球上的通信系统要求为10−12,而控制卫星需要10−6)。
 
  实际上误码可以被检测出来(采用一些校验方法)并且纠正。误码纠正机制可以利用传输数据一定程度的冗余度或者重新传输被破坏的数据包。其它的一些有害的效应,例如光纤损耗或者长链路中存在的各种色散效应,或者自由空间中传输的背景光,可以通过提高传输功率进行补偿。为了保持一定的比特误码率需要提高光功率称为功率损耗,更具体的也可以叫做色散损耗,如果这是考虑的因子是色散。
 
  长距离到短距离
 
  光数据传输被应用到很多领域,例如,电话,互联网流量,有线电视,主要是一些至少为几千米的长距离传输。但是,光系统有渗透到越来越短距离应用领域的趋势。尤其是在日本,网络连接已经通过光纤传输到用户家庭中(光纤入户)。
 
  现今局域网(LANs)在数据速率为100Mbit/s时采用电缆是可以正常工作的,但是当速率为10Gbit/s时,需要采用光连接器,因为电缆在微波频段非常昂贵,损耗很大。不久的超级计算机会在短距离内采用光互联。
 
  光板对板连接,光芯片对芯片连接甚至芯片间连接很受重视,并且已经有了一定的发展。例如,现在CPU芯片中电数据传输线所占的比重在增加。在高数据速率时,采用光学方法实现上述数据传输线功能会在空间和能量消耗更小。而面临的问题就是需要发展合适的微激光器或者纳米激光器,可以工作在非常小的功率水平,同时可以制作在二氧化硅衬底上。

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