电磁波的两位“亲儿子”,让你的通讯更快更通畅

作者: 苏涛

来源: 中国科普博览

发布日期: 2018-03-01 10:59:12

文章介绍了电磁波的两个重要应用——微波技术和光纤通信技术,以及它们如何通过微波光子技术结合,提升通信效率和速度,满足现代社会对高速、大带宽通信的需求。

自古以来,光就理所当然地被视为这个宇宙最原始的事物之一。实际上,它也是我们一生中见得最多的东西,它在人们的心目中,永远代表着生命、活力和希望。然而,这备受人们崇敬的“光”,居然只是“电磁波”王座下,一位普通的王子,这究竟是怎么回事儿?下面有请赫兹先生为我们解答。

电磁波存在?赫兹做出了证明。什么是电磁波?它一种虚无缥缈的东西,看不见摸不着,在赫兹实验之前,谁也没有见过或验证过它的存在。可是,赫兹坚信它存在,因为它是麦克斯韦(Maxwell)理论的一个预言。而麦克斯韦理论在数学上完美得简直像一个奇迹!仿佛是上帝之手写下的诗篇。这样的理论,很难想象它是错误的。

为了证明自己的想法,赫兹设计了一个实验,系统由一个发生器电路和一个接收器电路组成,其装置图如下:赫兹的装置图。通过这个实验,赫兹完美地证明了电磁波的存在,经典物理学的一个新高峰——电磁理论被建立起来。可以这么说,伟大的法拉第为它打下了地基,伟大的麦克斯韦建造了它的主体,最后,伟大的赫兹为这座大厦封了顶。

电磁波是如此的强大,它的疆土从微波到X射线,从紫外线到红外线,从γ射线到无线电波,即使为世人所歌颂、崇拜数万年的光(其实特指可见光),也只不过是它统治下的一个小小的国度罢了。

电磁波的两个“亲儿子”——微波技术和光纤通信技术。强大的电磁波,在通信领域有两个亲儿子级别的应用,即微波技术和光纤通信技术。它们貌合神离,都想独自继承电磁波在通信领域的疆土,于是上演了一场场精彩的“夺嫡大战”。

首先出场的是我们“四爷”微波,微波是指,波长在毫米到米的电磁波(频率为300Mhz~300Ghz)。由上图可见,微波的势力范围还是非常宽的,从毫米到米都是它的地盘。“四爷”的优势在于,可实现任何方向的发射,可重构性较好,易于实现无线网络和移动设备的互联。但是它会受限于带宽,而且长距离传输高频信号时损耗较大,微波信号会被大气吸收。

另一位出场的则是我们的“八爷”光纤通信,它用的通信光波一般是指,波长在近红外区(800nm~1700nm)的电磁波。光纤通信的损耗较低、带宽大、速率高、抗电磁干扰、且可实现波分复用。

通过微波光子技术,我们终于很好的把微波技术和光纤通信技术结合起来,取长补短实现了最优的通讯手段。众所周知,随着互联网的迅速发展;尤其是近几年移动互联网的冲击,人们对通信速率的要求越来越高。

目前有线/无线通信网络,数据传输主要使用的是低频段的电磁波,即频率在百兆赫兹(108HZ)到千兆赫兹(109HZ)之间,其频谱带宽非常有限,频谱资源也日益紧缺。而近二十年来,人们对通信速率的需求增长极快,无论是有线通信还是无线通信,几乎每五年都会增长10倍左右,因此超高速、大带宽传送网络发展是必然趋势。

在生活中,微波光子学具体的应用有很多,最早被大家所熟知的便是基于模拟调制的有线电视,此外还有无线通信网络、雷达组网、深空探测、电子对抗、精密测绘、高速传感网等等。最终,电磁波的两位亲儿子——微波技术和光纤通信技术,达成了共识:一起登上王座,勠力同心,共同经营通讯领域这片“大好河山”,他们的新王国就叫微波光子学帝国。

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