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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    10年后,我終于實現了財務自由的0級段位:網速自由

                    2017-11-17 11:10:00

                      10年后,我終于實現了財務自由的0級段位:網速自由

                      中國人財務自由的9個階段,你被扎心了幾次?

                      還好,我至少實現了0級段位——網速自由。

                      所謂網速自由,是指上網時想刷視頻刷視頻,想發朋友圈發朋友圈,不用管網速的快慢(反正連上Wifi不走流量不扣費)。

                      然而,就這么點小小的自由,很快也要失去了。

                      自1858年世界上第一條橫跨大西洋的電報電纜建成后的100余年時間里,笨重的銅線電纜一直都是通信領域的絕對主宰。其后,光纖——一種具有超長距離信息傳輸功能、比人頭發還細的玻璃絲的出現,為我們開啟了現代化通信的新時代。如今已有總長超過20億千米的光纖縱橫交錯地分布在全球各個角落。

                      輕盈、靈活、成本低廉的光纖伴隨著人們通信習慣的改變一路走來。1992年,全球互聯網一天的數據使用流量約為100GB,到2014年,每60微秒就可達到這一規模。人們對數據流量需求的驚人增長正將現有光纖網絡的傳輸能力逼向極限。要想擺脫困境,技術上的小打小鬧已于事無補,或許一場新的光纖革命才是最終的解決之道。

                      光纖不能承受之重

                      20世紀70年代,由于可用于長距離傳輸光線的高品質玻璃實現了規?;a,觸發了光纖的第一次革命性巨變。當時對于遠程通信來說,將光線始終俘獲在光纖內,即使在拐角處彎折時也不會發生泄漏,具有相當大的難度。工程技術人員為此在光纖外面包裹上一層玻璃封套,以確保光線在觸碰到這一玻璃包層時產生全反射,相比泄漏,反射造成的光線強度衰減相當有限。實踐證明,這種帶有玻璃包層的光纖在長距離輸送海量數據上的表現要遠遠優于老式銅線。由于優勢非常明顯,光纖開啟了自己的霸主時代。

                      人們一度認為,光纖的數據傳輸能力幾乎可達到無極限。鋪設光纖后,隨著與之配套的信號發射器、接收器、放大器等的性能的改善,數據的傳輸速度還能進一步提高。不過如今時代不同了,傳統光纖的數據傳輸能力正在日益逼近其物理極限。業內人士普遍認為,按照現有的互聯網數據流量增長速度,光纖網絡的承載能力將在2020年達到峰值?;ヂ摼W中的數據流量“大戶”首推各類視頻應用,約占當前整個網絡數據流量的三分之二。今后隨著視頻點播需求的不斷增長,以及人們對于高清視頻的渴求,到2019年這一數字將進一步上升至80%。

                      要是將物聯網等網絡新興事物的發展也考慮進來的話,形勢將更為嚴峻。按照一些高科技公司的預測,到2020年接入物聯網的智能設備數量將達到500億臺。與之相關的龐大數據流量需求,將進一步加劇網絡信息傳輸的擁堵。

                      到那個時候,誰愿意出高價,出得起高價,可能就會擁有信息高速公路的優先通行權。說好的財務自由的第0級段位呢?咋也要出錢了呢?

                      堵車我忍了,堵網……有沒有人管管吶?

                      1、增加光線的強度

                      道理我都懂,可是——

                      光纖內傳輸的光線并非一束簡單的白光,而是由多達160種不同顏色的光組合而成,就像彩虹穿過棱鏡后形成一道白光那樣。為了承載更多的數據流量而增加光線的強度,會出現以下問題:由于不同顏色的光在光纖內的反射角度各不相同,因此強度越大彼此之間的干擾也會越大,從而導致傳輸信號的失真。

                      解決辦法也不是沒有,首先,可以在接收端對失真的信號進行修正,更好的方法是在傳輸途中設置共軛鏡以改善信號失真。但是大多數情況下,信號的傳輸路徑成千上萬,如要確保每一路信號在傳輸途中都能恰好在準確的位置經過共軛鏡以得到信號修正,意味著必須對整個傳輸網絡進行大規模的系統化改造才行。

                      2、讓光纖中的光線走螺旋路線

                      一種更為特別的方法是對光纖中傳輸的光線的形狀進行重新設計。提到激光束,人們通常想到的就是激光器發射出筆直的光束,打在墻上會形成一個亮點。在英國格拉斯哥大學的研究人員看來,只要改變一下光束的形狀就可以讓這個小小的亮點容納更多的數據信息。

                      他們設想,如果讓激光器打出的光束穿過某種螺旋形裝置,原本筆直的光束會變成螺旋形,接下來就可以像將多股細線搓成一根粗繩那樣,將若干股扭曲的光束合為一股,其中每一股光束都具有獨立承載傳輸數據的功能,最后在接收端對每股光束的信號逐一分離和破譯。理論上來說,只要有尺寸合適的光纖,可以將無數股螺旋光線組合起來進行數據傳輸。不過,這種看上去非常高效的設想目前尚處于實驗室階段。

                      3、空心光纖

                      另外一種更加可行的方案,是從改變現有光纖的構造上尋找突破口。越來越多的研究人員發現,如果去掉光纖內的玻璃芯,會使其具有更好的數據傳輸性能。這種所謂的空心光纖內部基本上只有空氣,可使光的傳輸速度提高45%。

                      不過,光線在空心光纖中傳輸時,如果觸碰到光纖外包裹的玻璃包層不會再像傳統玻璃芯光纖那樣產生反射,這使得光線有向包層泄漏的風險。因此,必須對空心光纖的玻璃包層進行相關改造,而這涉及的工藝相當復雜,需要在玻璃包層的內表面進行繁復的蝕刻。

                      由于光在空心光纖內的傳播介質主要為空氣,這樣一來對玻璃包層的品質要求就不再嚴苛。純度不高的普通玻璃反而能更好地提升空心光纖的傳輸性能。因為純度越高的高品質玻璃其表面越凹凸不平,實施蝕刻改造的難度越大。研究人員經實驗發現,酒杯、窗戶以及日常廚具中使用的普通玻璃都可以用來制作空心光纖的玻璃包層。相較于傳統光纖,空心光纖的玻璃包層成本不到前者的百分之一,但同樣具有長距離傳輸光信號的潛力。

                      不過,目前空心光纖的信號損耗比較嚴重,約為傳統光纖的10倍,因此由其主導的網絡通信大時代的來臨尚有待時日。

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