光纖通信的大功率和高速應用
發布時間:2021-05-06 責任編輯:lina
【導讀】作zuo為wei一yi個ge行xing業ye,電dian信xin行xing業ye經jing常chang因yin技ji術shu慣guan性xing而er陷xian入ru困kun境jing。各ge種zhong法fa規gui和he相xiang關guan性xing意yi味wei著zhe,新xin的de創chuang新xin通tong常chang不bu會hui上shang市shi將jiang近jin十shi年nian,而er且qie采cai用yong起qi來lai可ke能neng會hui很hen慢man,尤you其qi是shi在zai電dian視shi,電dian話hua和he互hu聯lian網wang行xing業ye呆dai滯zhi的de情qing況kuang下xia。自zi從cong1970年代中期以來,一直在進行光纖信息的傳輸,這是在康寧玻璃廠進行的研究工作之後進行的。然而,直到 近,大多數家庭電信連接仍保持為經典的銅線,限製了美國互聯網的平均速度。
作zuo為wei一yi個ge行xing業ye,電dian信xin行xing業ye經jing常chang因yin技ji術shu慣guan性xing而er陷xian入ru困kun境jing。各ge種zhong法fa規gui和he相xiang關guan性xing意yi味wei著zhe,新xin的de創chuang新xin通tong常chang不bu會hui上shang市shi將jiang近jin十shi年nian,而er且qie采cai用yong起qi來lai可ke能neng會hui很hen慢man,尤you其qi是shi在zai電dian視shi,電dian話hua和he互hu聯lian網wang行xing業ye呆dai滯zhi的de情qing況kuang下xia。自zi從cong1970年代中期以來,一直在進行光纖信息的傳輸,這是在康寧玻璃廠進行的研究工作之後進行的。然而,直到 近,大多數家庭電信連接仍保持為經典的銅線,限製了美國互聯網的平均速度。根據從SpeedTest.net獲取數據的“網絡索引(Net Index)”,美國平均 速度 第33位,平均 速度接近 者香港平均速度的三分之一。
直到 近,一些公司才開始提供到居民地址的連接,這是該國多年來的首次電信通訊動搖。Verizon,Google和AT&T都在某些地區提供服務,這些服務可以使企業和居民都可以訪問世界範圍內享有的高速連接。特別是去年在堪薩斯城推出的Google Fiber,這是Google首次涉足服務供應領域,它使用一些特別先進的新技術來提供對稱的1 Gbps 和上傳速度。在很大程度上,全國範圍的互聯網訪問改變了企業運作的方式以及人們互動和娛樂的方式,廣泛的光纖(以及驅動它的迷人技術)隻能推動我們的國家前進。
用於光纖通信的光源
光纖通信開始,超過已知為長纖維玻璃絲束通信信息的光脈衝。在 初的一端,電子信息通過LED或激光二極管在特定波長下的脈衝內插到光中,該波長用於 化光在整個光纖中的分散。發光二極管作為正向偏置的pn結,通過自發發射以與發射的光相關聯的特定帶寬發射光。通常,LED光源用於速度不是很關鍵並且可以接受100 Mbps或更低速率的局域網連接中。這些LED 常用的半導體材料是磷化砷化镓銦和磷化砷化镓。
另一方麵,激光二極管通過受激發射工作,調製的激光二極管可以達到數百毫瓦的功率。激光還產生相幹的光,從而提高了能夠通過LED耦合到光纖的光的效率。激光二極管 常用於光纖通信的大功率和高速應用中。如今, 常用的光源是垂直腔表麵發射激光器(VCSEL),它以類似的成本比LED提供更大的功率和速度,同時可以更好地耦合到多模光纖。VCSEL具有兩個平行於器件晶圓的分布式布拉格反射器,在該晶圓上製造了產生光子的量子阱。VCSEL的示意圖如下圖1所示。

簡單的VCSEL二極管圖(由Wikimedia Commons用戶The Photon提供)
光纖電纜
ranhoubixujiangyiduanchanshengdeguangouhedaoguangxianzhong,zheshiyigekunnandeguocheng,qizhongguangdexiangganxingjiqiyouyong。zhexiedianlanyoubolizhicheng,youyujuyouquanneifanshetexing,yincikeyiyuanjulichuanshuguang。guangxiandianlantongchangyouxinxian,baocenghehuanchongcailiaozucheng,jiuxiangshoubaohudebodaoyiyang。xianxindezheshelvdiyubaocengdezheshelv,zheyiweizheguangyi desunhaochuanguobaoceng。huanchongqikebaohubaocengdewaibumianshoukenengdaozhixiacidesunhuai。youshi,guangxiandianlanhaijuyouchengweihutaodelingyiceng,qizuoyongleisiyubaoguotongxiandesuliao。guangxiandianlandecengturuxiatu2所示,其中層1是芯層,層2是包層,

光纖層相對尺寸圖(由Wikimedia Commons用戶Bob Mellish提供)
guangxianbeigouzaoweiliangzhongzhuyaodezileixing,jiduomohedanmo。duomoguangxianjuyoujiaodadexianxin,bingyunxujiaoshaodexiangganguangouhe,zheyiweizhetamentongchangyongyulianjiadeyingyongzhong。danshi,duomoguangxiandebulizhichuzaiyu,youyuduomosesan,tamenyanzhongxianzhilelianjiededaikuanhechangdu。danmoguangxianyunxugengchanghegengkuaideguanglianlu,tongshixuyaogengangguidecailiaohezhizaojishu。guangxianbixuyongzhuanmendegongjupikai,yixingchengyigepingtandebiaomian,guangkeyiouhedaoqizhongerbuhuifashengsanshe。chuangjianheanzhuanggaoxingnengguanglanfeichanganggui,bingqieshizuzhixuduofuwutigongshangjiangguangxiananzhuangdaojiatingzhongde 成本之一。例如,Emerald Atlantis和Hibernia Atlantic在2011年安裝的跨大西洋海底通信電纜耗資約3億美元,但它們能夠在70毫秒內將數據從紐約市傳輸到倫敦。這些光纜在需要放大時會變得更加昂貴,因為光放大器是通過在光纖的長度上摻入昂貴的稀土材料(例如)製成的。
光纖接收器
zaixianludelingyiduan,guangjieshouqijiancetongguoguanglanfasongdexinxi。tongchang,zhexieshitongguoguangdianxiaoyingjiangguangzhuanhuanweidiandebandaotiguangdianerjiguan。youyulianghaodefasheqiyeshilianghaodexishouqi,yinciyongyuzhizaozhexieerjiguandecailiaotongchangyuLED中的材料相似- 常chang見jian的de是shi砷shen化hua銦yin镓jia。為wei了le驗yan證zheng接jie收shou到dao的de信xin息xi,使shi用yong了le各ge種zhong信xin號hao處chu理li技ji術shu,然ran後hou將jiang其qi轉zhuan換huan回hui電dian信xin號hao。就jiu像xiang銅tong一yi樣yang,光guang纜lan可ke以yi承cheng載zai多duo種zhong類lei型xing的de通tong信xin,並bing且qie目mu前qian用yong於yu電dian話hua,互hu聯lian網wang,甚shen至zhi與yuVerizon和Google Fiber一起用於電視。
光纖與電纜
guangxiantongxinhedianlandoucunzaiyuwomenlaiyishengcundeshijiezhong。duiyudaikuanbushihenzhongyaodejinjuliyingyong,tonglanbuxianhedianqichuanshudejiagexiangduibianyi,erguangxianzaigaodaikuanyingyong(尤其是多路複用)中則表現出色。雖然銅線 隻能傳送一個信號,但是不同波長的多路複用信號可能會在同一根光纜中傳播,從而大大增加了一根光纖所具有的總吞吐量。光纖電纜 shiheyongyukenengyinqigaoyadewenti,bingqieguangxianzhongdeguangbushoudiancifushedeyingxiang,ertongdianlanzeshoudaomouxiejiqikenengyinqiderenheganyingdianliudeyingxiang。xianweibuhuichanshenghuohua,nanyicharu(與電纜線不同),並且基本上無腐蝕性。簡而言之,光纖非常適合安全,高 ,惡劣環境下的應用。此外,在帶寬不斷增加的世界中,必須使用光纖來確保我們的信息服務不斷發展。
為什麼要使用光纖來發展未來?
對(dui)於(yu)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)的(de)電(dian)信(xin),幾(ji)乎(hu)可(ke)以(yi)肯(ken)定(ding),信(xin)息(xi)將(jiang)主(zhu)要(yao)由(you)光(guang)纖(xian)承(cheng)載(zai)。隨(sui)著(zhe)消(xiao)費(fei)者(zhe)和(he)企(qi)業(ye)要(yao)求(qiu)更(geng)快(kuai),更(geng)可(ke)靠(kao)的(de)互(hu)聯(lian)網(wang)和(he)電(dian)話(hua)服(fu)務(wu),更(geng)好(hao)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)正(zheng)在(zai)使(shi)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)每(mei)天(tian)都(dou)變(bian)得(de)更(geng)便(bian)宜(yi)。可(ke)以(yi)更(geng)改(gai)現(xian)有(you)的(de)電(dian)話(hua),電(dian)視(shi)和(he)Internet網(wang)絡(luo)以(yi)使(shi)用(yong)光(guang)纖(xian)來(lai)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)吞(tun)吐(tu)量(liang),尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)引(yin)入(ru)多(duo)路(lu)複(fu)用(yong)信(xin)號(hao)時(shi)。從(cong)我(wo)們(men)落(luo)後(hou)的(de)互(hu)聯(lian)網(wang)速(su)度(du)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),在(zai)我(wo)們(men)遍(bian)布(bu)美(mei)國(guo)的(de)銅(tong)網(wang)上(shang)很(hen)難(nan)(如果不是不可能)流式傳輸4K和藍光質量的視頻。拒絕投資網絡的電信公司聲稱,沒有應用需要對稱的千兆位速度-就像電力公司堅持認為在20世紀初期不需要國家電網一樣。為了實現創新,娛樂和整體進步,美國需要充分利用光纖布線背後的技術所帶來的好處。
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