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越來越寬的信息之路
第二十一章 第４節
　　5分鐘內，放電影比講故事所包含的信息量更多。
　　相同時間內，電視廣播比電臺廣播能傳遞更多的信息。
信息理論表明：
　　作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內傳輸的信息就越多。
微波信號的波長在
10 m ～1 mm之間;
微波信號的頻率在
30 MHz ～3 ×105 MHz之間。
一、微波通信
微波幾乎沿直線傳播
微波中繼通信示意圖
微波的性質更接近光波，大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射。
中繼站作用
微波中繼通信示意圖
因此，必須每隔50km左右就要建設一個微波中繼站，把上一站傳來的信號處理后，再發射到下一站去。
接收
發射
微波通信的優缺點
微波通信
優點：容量大一條微波線路可以開幾千甚至幾萬條電話線路
缺點：必須每隔50km建微波中繼站，信號衰減，時間延遲。
發射
接收
答案：
　　太遠，不方便
解決方案：
　　人造衛星通信
問題：
　　能否用月亮做中繼站，實現微波通信？
通信衛星大多相對地球“靜止”——同步衛星
二、衛星通信
三顆同步衛星可以實現全球通信
在地球的周圍均勻地配置三顆同步通信衛星，就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實現全球通信。
用碟形天線（大鍋）接收來自衛星的信號
中國北斗衛星導航系統
　　光是比微波頻率高得多的電磁波。
　　光通信的“高速公路”更寬廣。
　　利用頻率單一、方向高度集中的激光進行通信，效果很好。
三、光纖通信
光纖通訊技術是近幾十年才發展起來的
1966年，華裔物理學家高錕首次利用無線電波導通信的原理，提出了低損耗（20 db/km）的光導纖維（簡稱光纖）的概念。
1970年，美國康寧公司首次研制成功損耗為20 db/km的石英光纖，它是一種理想的傳輸介質。
1970年，貝爾實驗室研制成功室溫下連續振蕩的半導體激光器（LD）。從此，開始了光纖通信迅速發展的時代。
各種光導纖維
光沿著水流傳播
實驗演示——光可以沿著水流傳播
光導纖維
光在光導纖維中的傳播
光纖結構
光纖通信：光纖是很細的玻璃絲，激光在其中不斷反射前進，將信息傳到遠方。
光纖通信的優點：
（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大；
（2）光纖衰減小，無中繼設備，傳輸距離遠；
（3）頻率穩定，信號傳輸質量高；
（4）光纖抗電磁干擾，保密性好。
（1）光纖性質脆，需要適當地涂敷加以保護；
（2）切斷和連接光纖時，需要高精度的切斷接續技術，這在電纜連接時是沒有的；
（3）分路耦合不方便；
（4）光纖不能輸送中繼器所需要的電能；
（5）彎曲半徑不宜太小。
光纖通信的缺點：
計算機可以高速處理各種信息，把計算機聯在一起，可以進行網絡通信。
四、網絡通信
　　通過因特網可以收發電子郵件，看到不斷更新的新聞，查到所需的各種資料。
隨著通信技術的發展，現在已經可以在很短的時間內傳送越來越大的信息量，信息傳送的速度甚至能夠滿足電視等活動畫面的需要，我們已經可以輕松地在網上看電視了。
拓展：
激光的特點
1、激光的方向性好：由于受輻射的光子與外來光子的傳播方向完全相同，所以幾乎是理想的平行光．其發散角不大于1 。一根很細的激光束．在射出lkm基本上不發散．射出lOkm，光斑的直徑也只有8cm，射到距地球3．8× km的月球上，光斑的直徑約為3km。
2、激光的單色性好：激光器產生的某一波長的單色光，其波長浮動范圍極小。
3、激光的亮度高。一臺大型紅寶石激光器的亮度比太陽的亮度高200億倍，只有氫彈爆炸的一瞬間發出的光才能與它相比。
4、激光又是理想的平行光。當它通過凸透鏡時，就會聚到透鏡的焦點上。焦點附近很小范范圍內的溫度可達凡千度甚至幾萬度．足以把金屬或非金屬熔化和汽化。
5、激光的相干性好：脈沖瞬間功率大（可以達到1014w)。
激光的應用
激光具有亮度高和方向性極好的特點。
應用：激光測距儀，激光雷達和激光準直儀。
右側這個圖就是用激光雷達來測量風速的裝置
激光加工：在現代工業中，一些強度大且熔點高的材料的使用相當普遍。如果進行打孔或切割，用機械方法是很困難的。例如．加工手表中的鉆石軸承．是在比芝麻還要小的鉆石上打孔。要求誤差不能超過頭發的l／20，目前使用激光來打孔，比機械打孔的效率提高100倍。在加工工業中，高功率的激光器可用于打孔、切割與焊接等。通過微機控制可以作復雜形狀的切割。而低功率的激光器可用于切割塑料、陶瓷和紡織品等。切后邊緣比較平整，不需進一步處處理。
激光武器：
又名死光武器。它的子彈是光子，速度是3x108／s．一旦瞄準目標，幾乎不用多少時間就可把目標摧毀。激光武器的破壞作用有兩個方面：一是高能激光束的機械破壞作用，使飛機或衛星的重要部件穿孔而損壞；二是激光的光學破壞作用，美國陸軍正在發展PL—S激光武器，可裝到M—l6步槍上，它能使人雙目失明而喪失戰斗力，還能探測和破壞槍的光學傳感器。據算，飛機駕駛員被激光致盲lO-3Os，就可導致飛機墜毀．
激光通信：
又叫做光纖通信。它是使用比頭發還細的玻璃纖維來傳播光信號的，光纖通信的優點是頻帶寬，通信容量大，傳輸速度快。一根光纖可同時傳送l00億路電話和l000萬套彩電節目，而一根普通導線只能同時通2—3路電話。目前，應用光纖數據傳輸速度為10Gbpt／s，而實驗室試驗光纖的速度已達26Tbpt／s，整套大英百科全書的內容可在不到一秒的時間可內傳送完畢。
激光在醫學上的應用：激光可用來治療視罔膜破裂 青光眼、校正近視眼 清路血管中的血拴等，還可治療黑色掌皮膚癌和惡性血管腫瘤等．用激光束做手術．手術后感染事低，傷口寂合快．
激光器的研制與發展：
自從1960年第一激光器誕生以來，各種激光器展出不窮。目前激光器的研制仍呈方興未文之勢，正向著高功率高效率、高光束質量和寬調諧的目標邁進。所謂高功率，就是激光器的輸出功率高，在定向輻射的戰略武器方面起著非常重要的作用。目前用于工業加工方面的CO激光器的功率在1—5kw之間，而德國一家公司已研制出輸出1．5-10KW的CO激光器，正在研制的新一代自由電子激光器的目標輸出功率是lOOKW，預計作為激光武器用的自由電子激光器的輸出功事將選到400MW到20GW之間。由于激光器的輸出功率高，其輸入功率也高，其熱損耗也就大，如何降低熱損耗，使輸入能量盡可能多地變為輸出的激光的能量，即提高激光器的效率也是當前激光器研制中的一十重要課題。

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