数理科学

光纤通信

作者:澳门葡亰娱乐场手机版    发布时间:2019-12-02 22:29     浏览次数 :51

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光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是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。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。

信息社会的到来使得人们对光纤通信厚爱有加。从理论上讲,一根头发丝粗细的光导纤维可以同时传送1000亿对电话通话。如果把全世界50亿人口分成两半同时进行通话,也只占用了它的容量的四分之一。为什么纤巧的光导纤维具有如此神奇的功能呢? 光导纤维由芯子和包层组成。芯子直径在10μm以下,主体材料为二氧化硅,为了提高光的折射率可掺杂少量氧化锗或氧化磷;包层的直径一般在100μm上下,由纯二氧化硅构成,或者在其中加入少量氧化硼或氟元素,以减少光的折射率。这样可以使芯子和包层的折光率不一致,从而保证光只能在芯子内传输。光导纤维在工作时,首先要有激光器为它提供光源。光线在光纤的芯子与包层的交界处发生反射,经过反复反射呈“之”字形传播。但是一般的光并不带有信息。要让光带上信息,就要把电信号加以调制转换成光信号,传输到接收端,再把光信号解调为电信号,进而把电信号还原成声音。 由于光纤通信是利用光波传输信息的有线光通信,所以在信息容量上就表现出十分显著的优越性。这是因为光波的频率比微波要高数千倍,相应地能容纳的信号频谱就更宽。同时,光纤通信具有极微的能量消耗,同样距离的光缆所需的中继站要比电缆少得多。这一点在远距离通信中表现出明显的优势。 光纤通信是目前世界上最先进的通信方式,在传输电话、电报、传真、数据和图像时具有很好的稳定性和保密性,在军事通信领域有广泛应用。

1955 光纤通信

 

USACO

 时间限制: 1 s

 空间限制: 128000 KB

 题目等级 : 黄金 Gold

题解

 

 

 

题目描述 Description

农民John 想要用光纤连通他的N (1 <= N <= 1,000)个牲口棚(编号1..N)。但是,牲口棚位于一个大池塘边,他仅可以连通相邻的牲口棚。John不需要连通所有的牲口棚, 因为只有某些奶牛之间想要彼此通讯。在保证这些奶牛通讯的情况下,他想使用最少的光纤完成通信网构件工作。给出想要通讯的成对奶牛的清单,要求求出最少需使用多少根光纤。

输入描述 Input Description

第1行: 2个整数, n 和 p (想要通讯的奶牛对数, 1<=p<=10,000)

第2..p+1行: 2个整数,描述想要通讯的两只奶牛的编号

 

输出描述 Output Description

仅1行,即最少使用光纤数。

样例输入 Sample Input

5 2

1 3

4 5

样例输出 Sample Output

3

数据范围及提示 Data Size & Hint

样例方案:连接1-2,连接2-3, 连接4-5

1870年,英国物理学家丁达尔在一次实验中,首先发现了弯曲的水流可以传导光。在这一启示下,科学家们开始实验用拉得很细的玻璃丝——光纤来作光的“导线”。实验表明:不管玻璃丝怎样弯曲,从它的一端射入光都会顺着它弯曲地传播,从另一端射出。这种纤维就叫光导纤维。光纤通信就是用光导纤维来传送声音、图象。光导纤维传送声音和文字和原理与电线相类似,但它要把声音和文字电信号变成相应强弱变化的光信号。光信号通过光导纤维传到另一端后,由译码器复原成声波和图像。光导纤维除了具有体积小、重量轻、造价低等优点外,光纤通信所使用的是频率很单纯的激光,它传递的信息容量是非常大的。所以光纤通信在现代生活中发挥的作用越来越大,应用的范围也越来越广泛。除了用于“光话”、“光视”计算机网络外,还广泛地用于矿内部通信、电力和铁道系统的通信、光缆传输等方面。

光纤通信是利用光波作载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式,被称之为“有线”光通信。当今,光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小,而远优于电缆、微波通信的传输,已成为世界通信中主要传输方式。

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开放性试题 USACO

 

AC代码:

//注意是环 
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<iostream>
using namespace std;
#define N 2010
int n,m;
bool a[N][N],vis[N];
int main(){
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i=1,x,y;i<=m;i++){
        scanf("%d%d",&x,&y);
        if(x>y) swap(x,y);
        a[x][y]=1;
        a[y][x+n]=1;
        a[x+n][y+n]=1;

    }
    int ans=n;
    for(int i=1;i<=n;i++){//枚举将环变成链断点
        int p=0;
        memset(vis,0,sizeof vis);
        for(int j=i;j<=n+i-1;j++){//枚举环内的点 
            for(int k=n+i-1;k>=j;k--){//从后向前找出和j点有关系的点 
                if(a[j][k]){
                    for(int l=j;l<k;l++){
                        if(!vis[l]){
                            vis[l]=1;
                            p++;
                        }        
                    }
                    break;//因为是从后向前找的,所以只找一次 
                }
            }
        }
        ans=min(ans,p);
    }
    printf("%dn",ans);
    return 0;
}

 

1966年英籍华人高锟(Charles Kao)发表论文提出用石英制作玻璃丝,其损耗可达20dB/km,可实现大容量的光纤通信。当时,世界上只有少数人相信,如英国的标准电信实验室、美国的Corning玻璃公司,Bell实验室等领导。2010年高锟因发明光纤获得诺贝尔奖。1970年,Corning公司研制出损失低达20dB/km,长约30 m的石英光纤,据说花费了3000千万美元。1976年Bell实验室在华盛顿亚特兰大建立了一条实验线路,传输速率仅45Mb/s,只能传输数百路电话,而用中同轴电缆可传输1800路电话。因为当时尚无通信用的激光器,而是用发光二极管做光纤通信的光源,所以速率很低。1984年左右,通信用的半导体激光器研制成功,光纤通信的速率达到144Mb/s,可传输1920路电话。1992年一根光纤传输速率达到2.5Gb/s,相当3万余路电话。1996年,各种波长的激光器研制成功,可实现多波长多通道的光纤通信,即所谓“波分复用”技术,也就是在1根光纤内,传输多个不同波长的光信号。于是光纤通信的传输容量倍增。在2000年,利用WDM技术,一根光纤光纤传输速率达到640Gb/s。有人对高锟1976年发明了光纤,而2010年才获得诺贝尔奖有很大的疑问。事实上,从以上光纤发展史可以看出,尽管光纤的容量很大,没有高速度的激光器和微电子仍不能发挥光纤超大容量的作用。电子器件的速率才达到吉比特/秒量级,各种波长的高速激光器的出现使光纤传输达到太比特/秒量级(1Tb/s=1000 Gb/s),人们才认识到“光纤的发明引发了通信技术的一场革命!”

技术领域

通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽,只需一秒钟左右,即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低,在光波长为1.55μm附近,石英光纤损耗可低于0.2dB/km,这比任何传输媒质的损耗都低。因此,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。

信号干扰小、保密性能好;

抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题,唯有光纤通信不受各种电磁干扰。

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