铜线和光纤如何连接、传输数据？




1、光电信号的转换方法

长期以来，人们一直都是在使用铜线进行声音和信息的传输。然而，最近开始越来越多地使用光纤缆线。由于成本问题，尚不能一下子把铜线全部换成光纤。但是如果要把部分电缆转换成光信号最重要的是把电信号转换成光信号，然后再把光信号转换成电信号的方法。

使用两种二极管
为了转换电信号和光信号，就要使用“二极管”这种半导体组件。不过，将电信号转换成光信号的二极管和把光信号转换成电信号的二极管必须是不同的类型。也就是说需要使用两类二极管连接铜线和光纤。

为了将铜线传输的电信号转换成光信号，使用了“激光二极管”。激光二极管使用名为“砷化镓（GaAs）”的半导体制成，加压后会产生特定波长的光。

用铜线传输“1”和“0”等数字信号时，一般情况下高电压状态和低电压状态分别对应“1”和“0”。当把传输过来的信号电压施加到激光二极管上转换成光信号后，光线就会产生或消失。如果把发光状态和消失状态分别定为“1”和“0”，就能够通过光纤传输数字数据。

如果将光纤传输过来的光信号还原成电信号，就要使用“光敏二极管”。这种二极管有一种性质就是受到光照后会产生与光强度成比例的电流。当光纤传输的光信号通过光敏二极管时，即可直接转换成电信号。

2、将光纤和同轴线组合起来

有了将电信号和光信号相互转换的技术后，通过有效使用光纤和铜线，就能够以低成本建立高速网络。

CATV就是其中的代表。为了发送电视节目，使用铜线制成的同轴线将千家万户与CATV电视台联系起来。最近则已经开始进行互联网连接以及应用于市内电话等，其速度越来高、频道越来越多，并且已开始实现双向通信。

同轴线很难远距离传输高频率电信号。所以要想加大通信距离就必须使用大量的放大器，而成本也会随之提高。

如果用光纤来取代同轴线，不需过多地使用放大器就能够提高CATV网络的通信速度。但如果要把光纤引入每个用户家庭，成本就会上涨。

因此，在CATV电视台和用户家庭之间设置中继设备，把CATV电视台与中继设备之间的缆线换成光纤。在中继设备中采用了二极管的光-电转换器（O/E）和电-光转换器（E/O）。在由中继设备到用户家庭之间的较短区域在结构上仍旧采用原来的同轴缆线。

这样一来，主干线路部分就能够支持宽带传输和多频道，而中继设备到用户家庭之间的部分由于不需任何改动，因此就不会增加成本。



作者：日本多摩大学教授：井上 伸雄） 来源：日经BP社