什么是光纤，光纤的用途是什么？(上)

现代的电信网络是使用铜缆建立起来的，已有几十年的历史了。这种网络结构首先从模拟通信开始，然后进入了数字通信时代。

如今所需的通信以及必要的数据带宽越来越大。当前的铜缆网络已达到极限。今天库尔蒂（Kurthi）将带大家一起来认识一下光纤。

光纤如何工作？

光纤不像铜缆那样通过使用电流来传输信息，而是通过光来传输。

光纤比铜缆具有许多优势，例如，它们能够传输更高的带宽，并同时桥接很长的距离。与铜缆相比，光缆具有低信号衰减和信号损耗。另一个重要的优点是它们对电磁场不敏感。

光纤已经是现代电信和数据网络中最重要的组成部分，并且由于它们的许多优点，它们正在取代传统的铜缆。但是为什么会这样呢？为了更好地说明这些主题，我们将从光纤的构造开始。

光纤的构造是怎么样的？

图1：光纤的结构示意图

图1是光缆或光纤的结构示意图。数字1所示的中心位置是纤芯。它被包层包裹。数字2所示的包层和纤芯在信号传输中共同起着重要作用。包层以相对于纤芯具有较低折射率的方式构造。通过减小包层中的折射率，来自纤芯的信号在边界层处反射。这种全反射使信号在纤芯上被传导。（如图2所示）

图2：光传导的示意图

图1中，数字3所示的缓冲层和数字4所示的护套均用于保护光纤导体。两个保护层的相互作用旨在减轻机械应力，但也可以防止自然影响，例如水分进入。

什么是单模光纤？

单模玻璃纤维的纤芯直径为9 µm，如图3所示。包层玻璃的厚度为125 µm。如图2所示，较小的纤芯直径可使反射次数保持在较低水平。这种方法减少了光缆的衰减，从而导致进一步且更快地信号传输。

但是，较小的纤芯直径也有缺点——只有一个信号源能通过光纤发送。

由于低衰减和快速信号传输，单模光纤主要用于桥接长线缆。

图3：单模和多模光纤的差异

多模光纤如何工作？

多模光纤的纤芯直径为50 µm至62.5 µm。因此，它比9 µm单模光纤的纤芯粗很多倍。这种差异可以在图3中的示意图里明显看出。较大的纤芯直径使多模光纤能够通过纤芯并行传输多个信号源。使用多个信号源会增加可传输的数据量。同时，光缆中的反射次数增加，从而增加了衰减。多模光纤用于在短距离上传输大量数据。

渐变折射率（Gradient Index）和阶跃折射率（Step Index）有什么区别？

图4所示，与仅具有一种类型的单模光纤相比，多模光纤有不同的类型。多模光纤纤芯具有渐变折射率或阶跃折射率，渐变折射率光纤更为常见。此折射率描述了通过光纤纤芯传输时所采用的路径类型的模式。

在阶跃折射率多模光纤中，在导体纤芯的整个横截面上的折射率相同，而在包层玻璃中折射率较低。然而，透射的光可以在其中以数百种模式传播，这导致传播时间的分散。这种模式色散会被渐变折射率光纤抵消，因为它们降低了模式色散。因此，通过渐变折射率光纤的模的过程不像阶跃折射率光纤那样处于“锯齿状”，而是在弯曲的路径上。在更高的数据传输速率和更大的范围内，这些优势是显而易见的。

图4：多模阶跃折射率与多模渐变折射率与单模光纤的光传播

下一期，库尔蒂（Kurthi）将会继续向大家介绍光纤技术，包括单模光纤的分类、多模光纤的类型和传输速度、铺设光缆的原则以及如何减少损失。敬请期待！