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越来越宽的信息之路
第二十一章 第４节
　　5分钟内，放电影比讲故事所包含的信息量更多。
　　相同时间内，电视广播比电台广播能传递更多的信息。
信息理论表明：
　　作为载体的电磁波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。
微波信号的波长在
10 m ～1 mm之间;
微波信号的频率在
30 MHz ～3 ×105 MHz之间。
一、微波通信
微波几乎沿直线传播
微波中继通信示意图
微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。
中继站作用
微波中继通信示意图
因此，必须每隔50km左右就要建设一个微波中继站，把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去。
接收
发射
微波通信的优缺点
微波通信
优点：容量大一条微波线路可以开几千甚至几万条电话线路
缺点：必须每隔50km建微波中继站，信号衰减，时间延迟。
发射
接收
答案：
　　太远，不方便
解决方案：
　　人造卫星通信
问题：
　　能否用月亮做中继站，实现微波通信？
通信卫星大多相对地球“静止”——同步卫星
二、卫星通信
三颗同步卫星可以实现全球通信
在地球的周围均匀地配置三颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。
用碟形天线（大锅）接收来自卫星的信号
中国北斗卫星导航系统
　　光是比微波频率高得多的电磁波。
　　光通信的“高速公路”更宽广。
　　利用频率单一、方向高度集中的激光进行通信，效果很好。
三、光纤通信
光纤通讯技术是近几十年才发展起来的
1966年，华裔物理学家高锟首次利用无线电波导通信的原理，提出了低损耗（20 db/km）的光导纤维（简称光纤）的概念。
1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20 db/km的石英光纤，它是一种理想的传输介质。
1970年，贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的半导体激光器（LD）。从此，开始了光纤通信迅速发展的时代。
各种光导纤维
光沿着水流传播
实验演示——光可以沿着水流传播
光导纤维
光在光导纤维中的传播
光纤结构
光纤通信：光纤是很细的玻璃丝，激光在其中不断反射前进，将信息传到远方。
光纤通信的优点：
（1）传输频带极宽，通信容量很大；
（2）光纤衰减小，无中继设备，传输距离远；
（3）频率稳定，信号传输质量高；
（4）光纤抗电磁干扰，保密性好。
（1）光纤性质脆，需要适当地涂敷加以保护；
（2）切断和连接光纤时，需要高精度的切断接续技术，这在电缆连接时是没有的；
（3）分路耦合不方便；
（4）光纤不能输送中继器所需要的电能；
（5）弯曲半径不宜太小。
光纤通信的缺点：
计算机可以高速处理各种信息，把计算机联在一起，可以进行网络通信。
四、网络通信
　　通过因特网可以收发电子邮件，看到不断更新的新闻，查到所需的各种资料。
随着通信技术的发展，现在已经可以在很短的时间内传送越来越大的信息量，信息传送的速度甚至能够满足电视等活动画面的需要，我们已经可以轻松地在网上看电视了。
拓展：
激光的特点
1、激光的方向性好：由于受辐射的光子与外来光子的传播方向完全相同，所以几乎是理想的平行光．其发散角不大于1 。一根很细的激光束．在射出lkm基本上不发散．射出lOkm，光斑的直径也只有8cm，射到距地球3．8× km的月球上，光斑的直径约为3km。
2、激光的单色性好：激光器产生的某一波长的单色光，其波长浮动范围极小。
3、激光的亮度高。一台大型红宝石激光器的亮度比太阳的亮度高200亿倍，只有氢弹爆炸的一瞬间发出的光才能与它相比。
4、激光又是理想的平行光。当它通过凸透镜时，就会聚到透镜的焦点上。焦点附近很小范范围内的温度可达凡千度甚至几万度．足以把金属或非金属熔化和汽化。
5、激光的相干性好：脉冲瞬间功率大（可以达到1014w)。
激光的应用
激光具有亮度高和方向性极好的特点。
应用：激光测距仪，激光雷达和激光准直仪。
右侧这个图就是用激光雷达来测量风速的装置
激光加工：在现代工业中，一些强度大且熔点高的材料的使用相当普遍。如果进行打孔或切割，用机械方法是很困难的。例如．加工手表中的钻石轴承．是在比芝麻还要小的钻石上打孔。要求误差不能超过头发的l／20，目前使用激光来打孔，比机械打孔的效率提高100倍。在加工工业中，高功率的激光器可用于打孔、切割与焊接等。通过微机控制可以作复杂形状的切割。而低功率的激光器可用于切割塑料、陶瓷和纺织品等。切后边缘比较平整，不需进一步处处理。
激光武器：
又名死光武器。它的子弹是光子，速度是3x108／s．一旦瞄准目标，几乎不用多少时间就可把目标摧毁。激光武器的破坏作用有两个方面：一是高能激光束的机械破坏作用，使飞机或卫星的重要部件穿孔而损坏；二是激光的光学破坏作用，美国陆军正在发展PL—S激光武器，可装到M—l6步枪上，它能使人双目失明而丧失战斗力，还能探测和破坏枪的光学传感器。据算，飞机驾驶员被激光致盲lO-3Os，就可导致飞机坠毁．
激光通信：
又叫做光纤通信。它是使用比头发还细的玻璃纤维来传播光信号的，光纤通信的优点是频带宽，通信容量大，传输速度快。一根光纤可同时传送l00亿路电话和l000万套彩电节目，而一根普通导线只能同时通2—3路电话。目前，应用光纤数据传输速度为10Gbpt／s，而实验室试验光纤的速度已达26Tbpt／s，整套大英百科全书的内容可在不到一秒的时间可内传送完毕。
激光在医学上的应用：激光可用来治疗视罔膜破裂 青光眼、校正近视眼 清路血管中的血拴等，还可治疗黑色掌皮肤癌和恶性血管肿瘤等．用激光束做手术．手术后感染事低，伤口寂合快．
激光器的研制与发展：
自从1960年第一激光器诞生以来，各种激光器展出不穷。目前激光器的研制仍呈方兴未文之势，正向着高功率高效率、高光束质量和宽调谐的目标迈进。所谓高功率，就是激光器的输出功率高，在定向辐射的战略武器方面起着非常重要的作用。目前用于工业加工方面的CO激光器的功率在1—5kw之间，而德国一家公司已研制出输出1．5-10KW的CO激光器，正在研制的新一代自由电子激光器的目标输出功率是lOOKW，预计作为激光武器用的自由电子激光器的输出功事将选到400MW到20GW之间。由于激光器的输出功率高，其输入功率也高，其热损耗也就大，如何降低热损耗，使输入能量尽可能多地变为输出的激光的能量，即提高激光器的效率也是当前激光器研制中的一十重要课题。

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