光纖的發明導致了通信領域的一場革命如果沒有光纖提供大容量的高速信道，互聯網只能停留在理論設想的階段如果說20世紀是電的時代，那么21世紀就是光的時代光究竟是如何交流的下面讓我們跟隨邊肖一起學習光通信的基礎知識

第一部分。光傳輸的基礎知識，了解光波

光波實際上是一種電磁波。在自由空間中，電磁波的波長與頻率成反比，兩者的乘積等于光速，即:

排列電磁波的波長或頻率以形成電磁波譜根據波長或頻率的不同，電磁波可分為射線區，紫外線區，可見光區，紅外線區，微波區，無線電波區和長波區用于通信的波段主要是紅外波段，微波波段和無線電波段下圖讓你分分鐘知道通信頻段劃分和對應的傳輸介質

這篇論文的主角光纖通信使用的是紅外波段的光波提到這個你可能會奇怪為什么一定是紅外波段這個問題與光纖材料即石英玻璃的光傳輸損耗有關接下來，我們首先要知道光纖是如何傳輸光的

光的折射，反射和全反射

當光從一種物質發射到另一種物質時，會在兩種物質的界面發生折射和反射，折射角會伴隨著入射光的角度而增大① ②下圖中當入射角達到或超過一定角度時，折射光消失，入射光全部反射回來，這就是光的全反射，如下圖② ③所示

不同的材料折射率不同，所以光在不同介質中的傳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是介質中的傳播速度折射率較高的介質稱為光學致密介質，折射率較低的介質稱為光學疏水介質

從光密介質到光疏介質。

入射角大于或等于全反射的臨界角

為了避免光信號泄漏和減少傳輸損耗，光纖中的光傳輸是在全反射條件下進行的。

第二部分。光傳輸介質的光纖結構介紹

有了全反射光傳播的基礎知識，就很容易理解光纖的設計結構。裸光纖分為三層:

第一層纖芯:位于光纖的中心，成分是高純二氧化硅，即玻璃纖芯直徑一般為9—10微米，50或62.5微米纖芯具有高折射率，用于傳輸光

第二包層:位于纖芯周圍，也由石英玻璃制成包層折射率低，與纖芯一起形成全反射條件

第三涂層:最外層是加固用的樹脂涂層保護層強度高，能承受大的沖擊，能保護光纖免受水汽侵蝕和機械磨損

光傳輸損耗

光纖傳輸損耗是影響光纖通信質量的一個非常重要的因素造成光信號衰減的主要因素有:材料的吸收損耗，傳輸過程中的散射損耗，光纖彎曲，擠壓，對接損耗等因素造成的其他損耗

不同波長的光在光纖中有不同的傳輸損耗為了盡量減少損耗，保證傳輸效果，科學家們一直在努力尋找最合適的光線260 nm ~ 1360 nm波長范圍內的光，色散引起的信號失真和吸收損耗最低前期采用這個波長范圍作為光通信波段，經過長時間的探索和實踐，專家們逐漸總結出一個低損耗的波長區域，這是最適合在光纖中傳輸的波長區域因此，光纖通信中使用的光波一般都在紅外波段

光纖分類

多模光纖:它傳輸多種模式，但是模式間色散比較大，限制了傳輸數字信號的頻率，而且伴隨著傳輸距離的增加，這種限制會更加嚴重所以多模光纖的傳輸距離比較短，一般只有幾公里

單模光纖:光纖直徑很小，理論上只能傳輸一種模式，適合遠距離通信。

對比項目

多模光纖

單模光纖

纖維成本

高成本

降低成本

傳輸設備要求

設備要求低，設備成本低。

對設備和光源要求高。

削弱

傳輸波長

850納米—1300納米

1260納米—1640納米

易用性

纖芯直徑較大，易于處理。

聯系就比較復雜了。

傳輸距離

局域網

接入網/中長途網

帶寬

限定的頻帶寬度

幾乎無限的帶寬

結論

光纖成本較高，但網絡開通的相對成本較低。

性能更高，但建立網絡的成本更高。

第三部分。光纖通信系統工作原理光纖通信系統

普通的通訊產品，如手機，電腦等，都是以電信號的形式發送信息進行光通信時，首先要將電信號轉換成光信號，再將光信號通過光纜傳輸后轉換成電信號，從而達到信息傳輸的目的基本的光通信系統由光發射機，光接收機和光纖環路組成為了保證長距離信號傳輸質量，提高傳輸帶寬，通常使用光中繼器和光復用器

下面簡單介紹一下光纖通信系統中各器件的工作原理。

光發射機:將電信號轉換成光信號，主要由信號調制器和光源組成。

信號復用器:將多個不同波長的光載波信號耦合到同一根光纖中進行傳輸，使傳輸容量增加一倍。

光中繼器:在傳輸過程中，信號的波形和強度會變差，需要將波形恢復到原信號的整齊波形，并增加光強。

信號解復用器:它將復用信號分解成原始的單一信號。

光接收機:將接收到的光信號轉換成電信號，主要由光電探測器和解調器組成。

第四部分。光通信的優勢和應用光通信的優勢

接力距離長，經濟節能。

假設傳輸10 Gbps的信息，如果使用電通信，每隔幾百米就要中繼一次，以調整信號與此相比，如果采用光通信，中繼距離可以達到100公里以上信號調整次數越少，成本越低另一方面，光纖的材料是二氧化硅，儲量豐富，成本遠低于銅線因此，光通信既經濟又節能

信息傳輸速度快，通信質量高。

比如和國外的朋友通話或者網上聊天時，聲音不會像以前那樣滯后在電力通信時代，國際通信主要通過人造衛星作為中繼進行傳輸，傳輸路徑會更長，信號到達會更慢借助海底光纜，光通信縮短了傳輸距離，所以信息傳輸更快因此，使用光通信可以實現與海外國家更順暢的通信

抗干擾能力強，保密性好。

通信中會因為電磁干擾而出現差錯，導致通信質量下降而光通信不會受到電噪聲的影響，因此更加安全可靠并且由于全反射的工作原理，信號完全束縛在光纖中傳輸，保密性好

大傳輸容量

一般電通信只能傳輸10Gbps的信息，而光通信可以傳輸1Tbps的信息。

光通信的應用

光通信有很多優點，時至今日光通信已經融入到我們生活的每個角落。

視頻通話，網購，電子游戲，追劇等日常活動的實現，都離不開它的支持光網絡的出現讓我們的生活更加舒適和便捷

光通信在日常生活中有很多應用場景，這里不一一列舉通過邊肖的科普，你還可以思考光通信在日常生活中的應用