首先,光是一种电磁波,其振幅、频率,相位等物理特性都包含了信息,那么先来简单了解下电磁波是如何作为信息载体进行信号传输的,光携带信息的原理与之类似。
一般的简易通讯模型如图所示,调制器将信源产生的信号加载到载波上,通过无线信道进行传输,然后通过解调器解调,去除噪声后得到信源发出的信息。
题主所问的“光是怎么携带信息“其实主要是上述模型中的调制过程,下面简单介绍信号的调制解调过程。由于电磁波具有幅度、频率、相位等特性,那么就可以通过调节电磁波的这三种特性来表现不同的状态,利用这三种特性的调制手段分别称为调幅、调频和调相。
对于模拟信号而言,其幅度调制的原理非常简单,如图所示,待调制信号幅度随时间变化,频率不确定,由于发射天线的限制不能够直接传输,在加上一个直流信号后将其幅度抬升到全为正值,然后加载到高频载波信号上,得到调制后的信号具有固定的频率,可以传输的同时其幅度保留着原信号的波形,实现了信息的加载。从数学上看,一个随时间变化的幅度函数m’(t)在经过调制(假设为正弦波调制)后变为:
解调器的作用就是根据得到的波形将原信号函数解出来即可,具体解调方式在此不进行介绍。
以上是模拟信号的幅度调制原理,对于数字信号也是如此,其三种调制方式的示意图如下:
数字信号对应0和1的一串字符,转换为电信号可以是电压的开关或者电流的有无,对应的波形是一串矩形波,因此只需要在幅度、频率和相位上分别定义两个不同的数值即可进行对应的幅度调制、频率调制和相位调制。比如调幅就可以通过脉冲波实现,调频(相)可以通过控制发射不同频率(相位)的电磁波来实现。
当然这些只是简单的电磁波信息加载原理,实际应用中情况会更加复杂,有兴趣的同学可以自学通信电子电路类和数字信号处理等课程,或参考电磁波如何携带信息:调制与解调;电磁波是怎么传递数字信号的?或者加入我们物理所团队,保管分分钟带你吃鸡带你飞!