光与技术 2：由电到光的通信之路

在上一篇文章中，我们说到了电报的发明（1837年发明），也就是实现了目之所及的通信到真正长距离通信的转变。电报，把人们想要传递的信息以每秒30万公里的速度传向远方。被认为是人类无线通信的开端。

但久而久之，人们又有点不满足了。因为发一份电报，需要先拟好电报稿，然后再译成电码，交报务员发送出去；对方报务员收到报文后，得先把电码译成文字，然后投送给收报人。这不仅手续繁多，而且不能及时地进行双向信息交流；要得到对方的回电，还需要等较长的时间。

因为人们对电报种种弊端的不满，使得科学家去探索其他的通信技术。而接下来我们将说到的电话（1876年发明）在当时有效的解决了这些问题，这也被认为是人类有线通信的开端。

当然，不知道在座的各位是否见到过有线电话，90/00后接触的基本上都是移动智能手机。在这里，电话的通信原理首先是将声信号转换成电信号后经线路传输到交换机，再由交换机经线路将电信号直接传至另一台话机上接听，这一通话过程传输的线路就是我们的电缆。即：语音-->电流（电话线）-->语音。

早期这里的传输介质电话线都是电缆，电流信号模仿我们说话的声音，随着声音的变化而连续变化，以交流信号的形式在电缆中传输。在电话发明之后的百年时间，都是以电信号的传输为主导的。

但是电缆的信号的传输存在较大的问题：

电阻问题： 在传输交流信号中，随着频率的增加，由于趋肤效应和介质损耗，特别是趋肤效应导致信号能量集中在导体表面，有效截面积大大减小，同轴电缆中信号的衰减将成倍增长。发明电话之前，其实大西洋的第一条海底电缆就已敷设好了，但是是用来传送频率很低的电报的，所以传输距离还能够用。若用来传输电话的电流信息，由于频率较高，损耗很大。

容量问题： 最初电话的一对线路只能通一路电话，一个人占了线，别的人只好等着，不然相互干扰，谁也听不清楚。虽然后面使用了载波通信技术，可以携带几十上百路电话信号，而随着用户的增加，这也远远不够。

成本问题 ：大家可能有所不知，100千米长的电缆，需要消耗几十吨的铜和铅。在这样昂贵的线路上，如果每一对电缆线只通几十上百路电话，将非常浪费。这也能理解为什么几十年前有线电话安装费和通讯费如此昂贵。

安全问题： 由法拉第提出的电磁感应定律知道，电缆中传输的是电信号，就会产生磁场，是不是通过分析磁场，逆向得出网络里传输的数据？这个问题在发展出抗干扰能力和防数据泄露更好的屏蔽双绞线之前，可能比较严重。

为什么网线要双绞，而光纤不需要？#光纤通信#网线 来源于网络，觉得讲解蛮不错的，分享给大家。

分享一个故事： 据说早些年成都飞机工业集团（成飞）的内网是通过网线传输（非屏蔽双绞线），丑国人开车在成飞外面绕了两圈，利用电磁原理，就窃取了我国新一代歼击机的所有图纸、性能材料（此案例不知真假，请自行判断）。

因此，既然电信号的通信方式有这些不足，人们就想方设法去解决。这也就是通信中一直以来的需求推动：

怎样传的更远，怎样传的更多，怎样更安全的传输信息。

而最容易想到的是找一种更好的媒介来代替电缆。而利用光来进行数据传输一直是人们追求的。

这里就不得不提一下贝尔的光电话（1880年发明），可以说这是现代光通信的鼻祖，但与上面需要解决的三个问题关系不大。

光电话利用太阳光作光源，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调制。然后以大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，对接收端收到调制后的光信号，进行解调制，还原成原始信号。但是，这远远不够，传输距离只有213米。如果在下雨天可能更差。

因此，使用太阳光作为光源和空气作为传输介质的通信方式并不靠谱。

不过先行者们至少知道了问题所在，并由此去寻求解决之道：

一个是要有更好精度更高的光源，1960年美国的梅曼发明了第一个红宝石激光器，初步解决了光模块中光源的问题；二个是寻找传输性能更好的媒介，华裔科学家高锟提出光纤作为传输介质，到1970年美国康宁拉出了第一根衰减为20dB/km的低损耗石英光纤，初步解决了介质问题。

以上技术的突破，也表明了光纤通信时代的到来，并从此开始迅猛发展。

光通信和光纤通信一样吗

光通信和光纤通信是两个不同的概念，但它们之间有密切的联系。

光通信是指使用光学器件传输和接收信息的通信方式，它可以使用光波（例如激光）进行传输，而不需要使用电信号。光通信可以分为两种类型：一种是使用光纤传输信号的光纤通信，另一种是使用空气传输信号的自由空间光通信。

光纤通信是光通信的一种，它使用光纤作为信号传输介质，将电信号转换为光信号进行传输，并使用光电子器件进行信号的接收和发送。光纤通信具有传输距离远、传输带宽大、抗干扰性强等优点，是现代通信中应用最广泛的一种通信方式。

因此，可以说光通信是一种广义的概念，而光纤通信则是光通信的一种狭义的应用。

相关问答

光纤通信和有线电通信的区别是什么?

一、原理不同1、光纤通信:以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。2、有线电通信:利用线型、管型材料作为信道传输媒质或媒质界面进行通信的...

光通信和电通信的速率谁更快?

光纤通信中信号传输速率更快。网络通信是靠电信号传输的,光缆通信靠的是以光为信息载体来传输的。由于光纤通信采用的激光频率比无线电高的多,因此光纤...

通讯技术，移动通讯技术和光通信技术有什么区别?

通讯技术是一个总称,它包含了移动通讯技术和光通信技术。移动通信技术,顾名思义,指的是通过移动端(如手机、平板电脑)来实现长距离间人与人通信的通讯技术...

光芯片与电芯片性能对比?

光芯片与电芯片的性能相比,可以把光子芯片理解为电子芯片的“高速公路”,它帮助电子芯片分担包括线性计算、数据传输、内存读取等在内的这些相对耗时的操作。...

光通讯是什么?

光通信例如VLC可见光通信技术,可以低价格同时实现照明与通信。应用场景多种多样,因为无电磁污染,可应用于机关、医院、工业、控制等射频敏感领域。也适合在智...

什么是光通信?

大家好,我是小枣君。让我们一起来了解下光通信吧:历史上光通信的第一次实现历史上,俄国人波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年。而美国人亚历山大·...

请问一下通信工程、信息工程、电子信息工程、电子信息科学与...

首先回答一下你的具体问题。通信工程、信息工程、电子信息工程、电子信息科学与技术以及光信息科学与技术这些名称看似相同实则完全不同,接下来为大...

【网络通信和光纤通信的信息传递方式是利用了电磁波吗,】作业帮

[最佳回答]是的.光也是电磁波

光纤只能传导光为什么能通讯?

光纤只能传导光,能通讯是因为光纤是传输介质。光纤通讯(光纤通信)利用的有两个关键技术,一个是光电效应,另一个是光的全反射原理。当一束光线从一种介质射...

通信工程与信息工程区别,电子信息科学类问题-老末的板砖...

后边俩偏计算机和应用数学的吧这两个专业的基础基本一样,只是方向不同举个例子,手机的天线设计、从天线收发的射频信号的处理都是属于通信工程,手...