光纤的发明导致了通信领域的一场革命如果没有光纤提供大容量的高速信道，互联网只能停留在理论设想的阶段如果说20世纪是电的时代，那么21世纪就是光的时代光究竟是如何交流的下面让我们跟随边肖一起学习光通信的基础知识

第一部分。光传输的基础知识，了解光波

光波实际上是一种电磁波。在自由空间中，电磁波的波长与频率成反比，两者的乘积等于光速，即:

排列电磁波的波长或频率以形成电磁波谱根据波长或频率的不同，电磁波可分为射线区，紫外线区，可见光区，红外线区，微波区，无线电波区和长波区用于通信的波段主要是红外波段，微波波段和无线电波段下图让你分分钟知道通信频段划分和对应的传输介质

这篇论文的主角光纤通信使用的是红外波段的光波提到这个你可能会奇怪为什么一定是红外波段这个问题与光纤材料即石英玻璃的光传输损耗有关接下来，我们首先要知道光纤是如何传输光的

光的折射，反射和全反射

当光从一种物质发射到另一种物质时，会在两种物质的界面发生折射和反射，折射角会伴随着入射光的角度而增大① ②下图中当入射角达到或超过一定角度时，折射光消失，入射光全部反射回来，这就是光的全反射，如下图② ③所示

不同的材料折射率不同，所以光在不同介质中的传播速度也不同折射率用n表示，n=c/v，c是真空中的速度，v是介质中的传播速度折射率较高的介质称为光学致密介质，折射率较低的介质称为光学疏水介质

从光密介质到光疏介质。

入射角大于或等于全反射的临界角

为了避免光信号泄漏和减少传输损耗，光纤中的光传输是在全反射条件下进行的。

第二部分。光传输介质的光纤结构介绍

有了全反射光传播的基础知识，就很容易理解光纤的设计结构。裸光纤分为三层:

第一层纤芯:位于光纤的中心，成分是高纯二氧化硅，即玻璃纤芯直径一般为9—10微米，50或62.5微米纤芯具有高折射率，用于传输光

第二包层:位于纤芯周围，也由石英玻璃制成包层折射率低，与纤芯一起形成全反射条件

第三涂层:最外层是加固用的树脂涂层保护层强度高，能承受大的冲击，能保护光纤免受水汽侵蚀和机械磨损

光传输损耗

光纤传输损耗是影响光纤通信质量的一个非常重要的因素造成光信号衰减的主要因素有:材料的吸收损耗，传输过程中的散射损耗，光纤弯曲，挤压，对接损耗等因素造成的其他损耗

不同波长的光在光纤中有不同的传输损耗为了尽量减少损耗，保证传输效果，科学家们一直在努力寻找最合适的光线260 nm ~ 1360 nm波长范围内的光，色散引起的信号失真和吸收损耗最低前期采用这个波长范围作为光通信波段，经过长时间的探索和实践，专家们逐渐总结出一个低损耗的波长区域，这是最适合在光纤中传输的波长区域因此，光纤通信中使用的光波一般都在红外波段

光纤分类

多模光纤:它传输多种模式，但是模式间色散比较大，限制了传输数字信号的频率，而且伴随着传输距离的增加，这种限制会更加严重所以多模光纤的传输距离比较短，一般只有几公里

单模光纤:光纤直径很小，理论上只能传输一种模式，适合远距离通信。

对比项目

多模光纤

单模光纤

纤维成本

高成本

降低成本

传输设备要求

设备要求低，设备成本低。

对设备和光源要求高。

削弱

传输波长

850纳米—1300纳米

1260纳米—1640纳米

易用性

纤芯直径较大，易于处理。

联系就比较复杂了。

传输距离

局域网

接入网/中长途网

带宽

限定的频带宽度

几乎无限的带宽

结论

光纤成本较高，但网络开通的相对成本较低。

性能更高，但建立网络的成本更高。

第三部分。光纤通信系统工作原理光纤通信系统

普通的通讯产品，如手机，电脑等，都是以电信号的形式发送信息进行光通信时，首先要将电信号转换成光信号，再将光信号通过光缆传输后转换成电信号，从而达到信息传输的目的基本的光通信系统由光发射机，光接收机和光纤环路组成为了保证长距离信号传输质量，提高传输带宽，通常使用光中继器和光复用器

下面简单介绍一下光纤通信系统中各器件的工作原理。

光发射机:将电信号转换成光信号，主要由信号调制器和光源组成。

信号复用器:将多个不同波长的光载波信号耦合到同一根光纤中进行传输，使传输容量增加一倍。

光中继器:在传输过程中，信号的波形和强度会变差，需要将波形恢复到原信号的整齐波形，并增加光强。

信号解复用器:它将复用信号分解成原始的单一信号。

光接收机:将接收到的光信号转换成电信号，主要由光电探测器和解调器组成。

第四部分。光通信的优势和应用光通信的优势

接力距离长，经济节能。

假设传输10 Gbps的信息，如果使用电通信，每隔几百米就要中继一次，以调整信号与此相比，如果采用光通信，中继距离可以达到100公里以上信号调整次数越少，成本越低另一方面，光纤的材料是二氧化硅，储量丰富，成本远低于铜线因此，光通信既经济又节能

信息传输速度快，通信质量高。

比如和国外的朋友通话或者网上聊天时，声音不会像以前那样滞后在电力通信时代，国际通信主要通过人造卫星作为中继进行传输，传输路径会更长，信号到达会更慢借助海底光缆，光通信缩短了传输距离，所以信息传输更快因此，使用光通信可以实现与海外国家更顺畅的通信

抗干扰能力强，保密性好。

通信中会因为电磁干扰而出现差错，导致通信质量下降而光通信不会受到电噪声的影响，因此更加安全可靠并且由于全反射的工作原理，信号完全束缚在光纤中传输，保密性好

大传输容量

一般电通信只能传输10Gbps的信息，而光通信可以传输1Tbps的信息。

光通信的应用

光通信有很多优点，时至今日光通信已经融入到我们生活的每个角落。

视频通话，网购，电子游戏，追剧等日常活动的实现，都离不开它的支持光网络的出现让我们的生活更加舒适和便捷

光通信在日常生活中有很多应用场景，这里不一一列举通过边肖的科普，你还可以思考光通信在日常生活中的应用

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