光纖是如何進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模窟^程介紹

光纖通信技術(shù)應(yīng)用迅速增長，自1977年光纖系統(tǒng)首次商用安裝以來，電話公司就開始使用光纖鏈路替代舊的銅線系統(tǒng)。許多電話公司，在他們的系統(tǒng)中全面使用光纖作為干線結(jié)構(gòu)和作為城市電話系統(tǒng)之間的長距離連接。提供商已開始用光纖/銅軸混合線路進行試驗。這種混合線路允許在領(lǐng)域之間集成光纖和同軸電纜，這種被稱為節(jié)點的位置，提供將光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號的光接收機，然后信號再經(jīng)過同軸電纜被傳送到各個家庭。作為一種通信信號傳輸?shù)那‘?dāng)手段，光纖穩(wěn)步替代銅線是顯而易見的，這些光纜在本地電話系統(tǒng)之間跨越很長的距離并為許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供干線連接。

光纖就是利用光來傳輸信息的一種技術(shù)，光纖的結(jié)構(gòu)它是由一種雙層結(jié)構(gòu)的纖維狀透明材質(zhì)(玻璃和塑料)構(gòu)成的，通過在里面的纖芯中傳導(dǎo)光信號來傳輸數(shù)字信息。信號是由多個頻段的信號組成的，比較復(fù)雜，但光信號卻非常簡單，亮表示 1，暗表示 0。信號在微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管(light emitTIng diode，LED)或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。通常光纖與光纜兩個名詞會被混淆。多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護結(jié)構(gòu)包覆，包覆后的纜線即被稱為光纜。光纖外層的保護層和絕緣層可防止周圍環(huán)境對光纖的傷害，如水、火、電擊等。光纜分為：纜皮、芳綸絲、緩沖層和光纖。光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。

但是數(shù)字信號并不能直接轉(zhuǎn)換成光信號，需要先把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再把電信號轉(zhuǎn)換成光信號。而電信號非常簡單，用高電壓表示1，用低電壓表示0。將這樣的電信號輸入LED、激光二極管等光源后，這些光源就會根據(jù)信號電壓的變化發(fā)光， 高電壓發(fā)光亮，低電壓發(fā)光暗。這樣的光信號在光纖中傳導(dǎo)之后，就可以通過光纖到達接收端。接收端有可以感應(yīng)光線的光敏元件，光敏元件可以根據(jù)光的亮度產(chǎn)生不同的電壓。當(dāng)光信號照射到上面時，光亮的時候就產(chǎn)生高電壓，光暗的時候就產(chǎn)生低電壓，這樣就將光信號轉(zhuǎn)換成了電信號。 最后再將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，我們就接收到數(shù)據(jù)了。

纖芯的直徑對光的傳導(dǎo)影響很大，光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)就是能夠傳導(dǎo)光信號的光纖。光在透明材質(zhì)中傳導(dǎo)似乎聽起來很簡單，但實際上光的傳導(dǎo)方式是非常復(fù)雜的，不同材質(zhì)的光纖其透光率和折射率也不同，纖芯的直徑等因素也會影響光的傳導(dǎo)。

我們在初中都學(xué)過光的折射和反射，光纖其實就是一根圓柱形的玻璃，光可以穿過它產(chǎn)生折射和反射，折射部分會損耗掉，而全反射部分的光線就可以傳輸?shù)焦饫w的另一端。因為光源在所有方向上都會發(fā)光，因此會有各種角度的光線進入纖芯，但入射角度太大的光線會在纖芯和包層(纖芯外沿部分)的邊界上折射出去，只有入射角較小的光線會被包層全反射，從而在纖芯中前進。但是也不是所有的全反射光線都能在光纖中傳導(dǎo)，因為光也是一種波，是波就會有損耗，當(dāng)光線在纖芯和包層的邊界上反射時， 會由于反射角產(chǎn)生相位變化。

當(dāng)朝反射面前進的光線和被反射回來的光線交會時，如果兩條光線的相位不一致，就會彼此發(fā)生干涉抵消，只有那些 相位一致的光線才會繼續(xù)在光纖中傳導(dǎo)。如果周圍沒有障礙物，水面上的波紋會一直呈同心圓狀擴散出去，但如果遇到兩側(cè)的墻壁，波紋就會被反射回來。這時，向墻壁前進的波和從墻壁反射回來的波就會相互疊加，其中相位相同的波相互加強，相位不同的波相互抵消。

光纖中的情況也是一樣的，只不過和水波不同的是，光在被纖芯和包層的邊界反射時，相位會發(fā)生變化。這個變化的量隨光在反射面的反射角度不同而不同，大多數(shù)角度下，都會因為相位不同而被干涉抵消。不過， 有幾個特定的角度下，向反射面前進的光和反射回來的光的相位是一致的， 只有以這些角度反射的光才能繼續(xù)向前傳導(dǎo)。進入光纖的光線有各種角度，但其中，只有少數(shù)按照特定角度入射以保持相位一致的光線才 會繼續(xù)傳導(dǎo)。所以說纖芯的直徑對光的傳導(dǎo)影響很大，因為直徑的大小決定了光線的入射角度。