光纖是(shì)一(yī)種(zhǒng)利用(yòng)光来(lái)传遞信(xìn)息的(de)技術(shù)。光纖的(de)结构如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。它(tā)由(yóu)双(shuāng)层纖維透明(míng)材料(玻璃和塑料)制成(chéng)，通(tòng)过(guò)在(zài)內(nèi)部(bù)纖芯中(zhōng)传導光信(xìn)号(hào)来(lái)传输數字(zì)信(xìn)息。

信(xìn)号(hào)由(yóu)多(duō)个頻段(duàn)的(de)信(xìn)号(hào)組成(chéng)，比較複雜，但是(shì)光信(xìn)号(hào)很簡單，亮(liàng)表(biǎo)示1，暗(àn)表(biǎo)示0。

然而(ér)，數字(zì)信(xìn)号(hào)不(bù)能(néng)直(zhí)接轉(zhuǎn)換成(chéng)光信(xìn)号(hào)。我(wǒ)们(men)需要(yào)先(xiān)把(bǎ)數字(zì)信(xìn)号(hào)轉(zhuǎn)換成(chéng)电信(xìn)号(hào)，再把(bǎ)电信(xìn)号(hào)轉(zhuǎn)換成(chéng)光信(xìn)号(hào)。电信(xìn)号(hào)很簡單，高(gāo)壓代(dài)表(biǎo)1，低壓代(dài)表(biǎo)0。

这(zhè)種(zhǒng)电信(xìn)号(hào)输入(rù)LED、激光二(èr)极(jí)管(guǎn)等光源後(hòu)，这(zhè)些(xiē)光源会(huì)根(gēn)據(jù)信(xìn)号(hào)电壓的(de)變(biàn)化(huà)而(ér)發(fà)光，高(gāo)壓發(fà)光，低壓發(fà)光暗(àn)。

这(zhè)樣(yàng)的(de)光信(xìn)号(hào)在(zài)光纖中(zhōng)传導後(hòu)，可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)光纖到(dào)达(dá)接收(shōu)端。该接收(shōu)端設有(yǒu)一(yī)可(kě)感(gǎn)應(yìng)光線(xiàn)的(de)感(gǎn)光元(yuán)件(jiàn)，该感(gǎn)光元(yuán)件(jiàn)可(kě)根(gēn)據(jù)光線(xiàn)的(de)亮(liàng)度(dù)産生(shēng)不(bù)同(tóng)的(de)电壓。

當光信(xìn)号(hào)照射到(dào)其(qí)上(shàng)时(shí)，亮(liàng)时(shí)産生(shēng)高(gāo)电壓，暗(àn)时(shí)産生(shēng)低电壓，從而(ér)将光信(xìn)号(hào)轉(zhuǎn)換成(chéng)电信(xìn)号(hào)。最(zuì)後(hòu)，电信(xìn)号(hào)被(bèi)轉(zhuǎn)換成(chéng)數字(zì)信(xìn)息，然後(hòu)我(wǒ)们(men)接收(shōu)數據(jù)。

这(zhè)就(jiù)是(shì)光纖的(de)通(tòng)信(xìn)原理(lǐ)。

其(qí)中(zhōng)光纖分(fēn)为(wèi)單模光纖和多(duō)模光纖，两(liǎng)者(zhě)有(yǒu)什(shén)麼(me)区别？

單模光纖的(de)纖芯更(gèng)细(xì)，多(duō)模光纖的(de)纖芯更(gèng)粗(cū)，單模光纖的(de)传输距離更(gèng)长(cháng)，但多(duō)模光纖的(de)传输距離比單模光纖便宜。

很多(duō)人(rén)可(kě)能(néng)会(huì)問(wèn)，不(bù)是(shì)應(yìng)该更(gèng)厚更(gèng)貴嗎？其(qí)實(shí)光纖越薄，技術(shù)要(yào)求越高(gāo)。想(xiǎng)想(xiǎng)是(shì)不(bù)是(shì)越做越小，越做越難，越做越貴。

光纖的(de)直(zhí)徑对(duì)光的(de)传输有(yǒu)很大(dà)的(de)影響。光纖通(tòng)信(xìn)的(de)關(guān)鍵技術(shù)是(shì)光纖

在(zài)透明(míng)材料中(zhōng)传導光听(tīng)起(qǐ)来(lái)很簡單，但實(shí)際上(shàng)，传導光的(de)方(fāng)式非(fēi)常複雜。不(bù)同(tóng)材料制成(chéng)的(de)光纖的(de)透光率和折射率也(yě)不(bù)同(tóng)，纖芯直(zhí)徑等因(yīn)素也(yě)会(huì)影響透光率。

我(wǒ)们(men)初中(zhōng)都學(xué)过(guò)光的(de)折射和反(fǎn)射。光纖實(shí)際上(shàng)是(shì)一(yī)个圆(yuán)柱形的(de)玻璃，光通(tòng)过(guò)玻璃可(kě)以(yǐ)發(fà)生(shēng)折射和反(fǎn)射，折射的(de)部(bù)分(fēn)会(huì)損失掉，而(ér)全(quán)反(fǎn)射的(de)部(bù)分(fēn)可(kě)以(yǐ)透射到(dào)光纖的(de)另(lìng)一(yī)端。

因(yīn)为(wèi)光源会(huì)向(xiàng)各(gè)个方(fāng)向(xiàng)發(fà)射光，所(suǒ)以(yǐ)各(gè)種(zhǒng)角(jiǎo)度(dù)的(de)光都会(huì)進(jìn)入(rù)纖芯，但是(shì)入(rù)射角(jiǎo)过(guò)大(dà)的(de)光会(huì)在(zài)纖芯和包(bāo)层的(de)邊(biān)界(纖芯的(de)外(wài)邊(biān)緣)發(fà)生(shēng)折射，只(zhī)有(yǒu)入(rù)射角(jiǎo)小的(de)光才会(huì)被(bèi)包(bāo)层全(quán)反(fǎn)射，從而(ér)在(zài)纖芯中(zhōng)前(qián)進(jìn)。

但是(shì)光纖中(zhōng)並(bìng)不(bù)是(shì)所(suǒ)有(yǒu)全(quán)反(fǎn)射的(de)光都能(néng)透射，因(yīn)为(wèi)光也(yě)是(shì)波(bō)，如(rú)果(guǒ)是(shì)波(bō)，就(jiù)会(huì)有(yǒu)損耗。當光在(zài)纖芯和包(bāo)层的(de)邊(biān)界被(bèi)反(fǎn)射时(shí)，由(yóu)于(yú)反(fǎn)射角(jiǎo)的(de)原因(yīn)会(huì)發(fà)生(shēng)相位變(biàn)化(huà)。

當向(xiàng)反(fǎn)射表(biǎo)面(miàn)前(qián)進(jìn)的(de)光遇到(dào)反(fǎn)射回(huí)来(lái)的(de)光时(shí)，如(rú)果(guǒ)两(liǎng)条(tiáo)光線(xiàn)的(de)相位不(bù)一(yī)致(zhì)，它(tā)们(men)将相互干(gàn)涉，並(bìng)且(qiě)只(zhī)有(yǒu)那(nà)些(xiē)相位一(yī)致(zhì)的(de)光線(xiàn)将在(zài)光纖中(zhōng)繼續透射。

就(jiù)像水(shuǐ)的(de)波(bō)紋一(yī)樣(yàng)，在(zài)波(bō)紋的(de)中(zhōng)心(xīn)会(huì)産生(shēng)各(gè)種(zhǒng)相位的(de)波(bō)，不(bù)同(tóng)相位的(de)波(bō)会(huì)相互干(gàn)涉。

如(rú)果(guǒ)周圍沒(méi)有(yǒu)障碍物(wù)，水(shuǐ)面(miàn)的(de)波(bō)紋会(huì)一(yī)直(zhí)以(yǐ)同(tóng)心(xīn)圆(yuán)的(de)形式向(xiàng)外(wài)擴散(sàn)，但如(rú)果(guǒ)碰到(dào)两(liǎng)邊(biān)的(de)牆(qiáng)壁(bì)，波(bō)紋就(jiù)会(huì)被(bèi)反(fǎn)射回(huí)来(lái)。

此(cǐ)时(shí)，向(xiàng)牆(qiáng)壁(bì)传播的(de)波(bō)和從牆(qiáng)壁(bì)反(fǎn)射的(de)波(bō)将相互疊加，其(qí)中(zhōng)同(tóng)相位的(de)波(bō)相互增強(qiáng)，不(bù)同(tóng)相位的(de)波(bō)相互抵消。

光纖中(zhōng)也(yě)是(shì)如(rú)此(cǐ)，只(zhī)不(bù)过(guò)與(yǔ)水(shuǐ)波(bō)不(bù)同(tóng)的(de)是(shì)，光在(zài)被(bèi)纖芯和包(bāo)层的(de)邊(biān)界反(fǎn)射时(shí)，其(qí)相位会(huì)發(fà)生(shēng)變(biàn)化(huà)。

这(zhè)種(zhǒng)變(biàn)化(huà)的(de)量随着光在(zài)反(fǎn)射表(biǎo)面(miàn)上(shàng)的(de)反(fǎn)射角(jiǎo)而(ér)變(biàn)化(huà)。在(zài)大(dà)多(duō)數角(jiǎo)度(dù)，它(tā)会(huì)被(bèi)不(bù)同(tóng)相位引起(qǐ)的(de)干(gàn)擾抵消。

但在(zài)一(yī)定(dìng)角(jiǎo)度(dù)下(xià)，前(qián)進(jìn)到(dào)反(fǎn)射面(miàn)的(de)光的(de)相位與(yǔ)反(fǎn)射光的(de)相位是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，只(zhī)有(yǒu)在(zài)这(zhè)些(xiē)角(jiǎo)度(dù)下(xià)反(fǎn)射的(de)光才能(néng)繼續向(xiàng)前(qián)透射。

進(jìn)入(rù)光纖的(de)光線(xiàn)有(yǒu)各(gè)種(zhǒng)角(jiǎo)度(dù)，但其(qí)中(zhōng)只(zhī)有(yǒu)少(shǎo)數以(yǐ)特(tè)定(dìng)角(jiǎo)度(dù)入(rù)射以(yǐ)保持(chí)相位一(yī)致(zhì)的(de)光線(xiàn)会(huì)繼續传導。

所(suǒ)以(yǐ)纖芯的(de)直(zhí)徑对(duì)光的(de)透射有(yǒu)很大(dà)的(de)影響，因(yīn)为(wèi)直(zhí)徑決定(dìng)了(le)光的(de)入(rù)射角(jiǎo)。

根(gēn)據(jù)纖芯直(zhí)徑的(de)不(bù)同(tóng)，光纖可(kě)以(yǐ)分(fēn)为(wèi)幾(jǐ)種(zhǒng)類(lèi)型，一(yī)般包(bāo)括更(gèng)细(xì)的(de)單模光纖(8 ~ 10μ m)和更(gèng)粗(cū)的(de)多(duō)模光纖 (50微米(mǐ)或(huò)62.5微米(mǐ))。

單模光纖的(de)纖芯很细(xì)，只(zhī)有(yǒu)小入(rù)射角(jiǎo)的(de)光才能(néng)進(jìn)入(rù)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)能(néng)保持(chí)相位一(yī)致(zhì)的(de)角(jiǎo)度(dù)中(zhōng)，只(zhī)有(yǒu)角(jiǎo)度(dù)最(zuì)小的(de)光才能(néng)進(jìn)入(rù)光纖。

另(lìng)一(yī)方(fāng)面(miàn)，單模光纖的(de)纖芯直(zhí)徑設计成(chéng)只(zhī)允許同(tóng)相位的(de)最(zuì)小角(jiǎo)度(dù)光進(jìn)入(rù)，也(yě)就(jiù)是(shì)说(shuō)在(zài)單模光纖上(shàng)只(zhī)传输一(yī)束(shù)光。

多(duō)模光纖的(de)纖芯較厚，入(rù)射角(jiǎo)較大(dà)的(de)光也(yě)能(néng)進(jìn)入(rù)。这(zhè)樣(yàng)，在(zài)相位相同(tóng)的(de)角(jiǎo)度(dù)中(zhōng)，不(bù)仅可(kě)以(yǐ)传導光纖中(zhōng)最(zuì)小的(de)角(jiǎo)度(dù)，還(huán)可(kě)以(yǐ)传導其(qí)他(tā)角(jiǎo)度(dù)更(gèng)大(dà)的(de)角(jiǎo)度(dù)，即可(kě)以(yǐ)在(zài)核心(xīn)中(zhōng)同(tóng)时(shí)传導多(duō)条(tiáo)射線(xiàn)。

換句(jù)話(huà)说(shuō)，單模和多(duō)模實(shí)際上(shàng)表(biǎo)明(míng)是(shì)否存在(zài)一(yī)个或(huò)多(duō)个相位相同(tóng)的(de)角(jiǎo)度(dù)，这(zhè)就(jiù)決定(dìng)了(le)它(tā)们(men)的(de)特(tè)性(xìng)也(yě)是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)。

多(duō)模光纖可(kě)以(yǐ)传導多(duō)条(tiáo)光線(xiàn)，意(yì)味着可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)更(gèng)多(duō)的(de)光線(xiàn)，对(duì)光源和感(gǎn)光元(yuán)件(jiàn)的(de)性(xìng)能(néng)要(yào)求更(gèng)低，这(zhè)樣(yàng)可(kě)以(yǐ)降低光源和感(gǎn)光元(yuán)件(jiàn)的(de)價格。

相对(duì)来(lái)说(shuō)，單模光纖纖芯只(zhī)能(néng)传導一(yī)種(zhǒng)光，能(néng)通(tòng)过(guò)的(de)光更(gèng)少(shǎo)。相應(yìng)的(de)，对(duì)光源和感(gǎn)光元(yuán)件(jiàn)的(de)性(xìng)能(néng)要(yào)求更(gèng)高(gāo)，價格也(yě)更(gèng)高(gāo)，但信(xìn)号(hào)失真(zhēn)会(huì)更(gèng)小。

在(zài)多(duō)模光纖中(zhōng)，多(duō)条(tiáo)反(fǎn)射角(jiǎo)不(bù)同(tóng)的(de)光線(xiàn)同(tóng)时(shí)传導，反(fǎn)射角(jiǎo)越大(dà)，光線(xiàn)反(fǎn)射的(de)次(cì)數越多(duō)，传播的(de)距離越长(cháng)。相对(duì)来(lái)说(shuō)，反(fǎn)射角(jiǎo)越小，光传播的(de)距離越短(duǎn)。

光传播的(de)距離会(huì)影響到(dào)达(dá)接收(shōu)端的(de)时(shí)間(jiān)，即传播的(de)距離越长(cháng)，到(dào)达(dá)接收(shōu)端的(de)时(shí)間(jiān)越长(cháng)。因(yīn)此(cǐ)，當多(duō)条(tiáo)射線(xiàn)在(zài)不(bù)同(tóng)时(shí)間(jiān)到(dào)达(dá)时(shí)，信(xìn)号(hào)的(de)宽(kuān)度(dù)会(huì)被(bèi)拉伸，從而(ér)導致(zhì)失真(zhēn)。

所(suǒ)以(yǐ)光纖越长(cháng)，失真(zhēn)越大(dà)，超过(guò)允許範圍，通(tòng)信(xìn)就(jiù)会(huì)出(chū)錯。

而(ér)單模光纖則不(bù)会(huì)有(yǒu)这(zhè)樣(yàng)的(de)問(wèn)題(tí)，因(yīn)为(wèi)纖芯中(zhōng)传输的(de)光只(zhī)有(yǒu)一(yī)種(zhǒng)，不(bù)会(huì)因(yīn)为(wèi)传播距離的(de)不(bù)同(tóng)而(ér)産生(shēng)时(shí)差，所(suǒ)以(yǐ)即使光纖很长(cháng)，也(yě)不(bù)会(huì)出(chū)現(xiàn)严重(zhòng)的(de)失真(zhēn)。

所(suǒ)以(yǐ)單模光纖失真(zhēn)小，損耗小，比多(duō)模光纖传输的(de)更(gèng)遠(yuǎn)。因(yīn)此(cǐ)，多(duō)模光纖主(zhǔ)要(yào)用(yòng)于(yú)建築物(wù)內(nèi)部(bù)的(de)連(lián)接，而(ér)單模光纖用(yòng)于(yú)遠(yuǎn)處(chù)建築物(wù)之(zhī)間(jiān)的(de)連(lián)接。