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什么是光纖，光纖的用途是什么？(上)

現(xiàn)代的電信網(wǎng)絡(luò)是使用銅纜建立起來的，已有幾十年的歷史了。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)首先從模擬通信開始，然后進(jìn)入了數(shù)字通信時代。

如今所需的通信以及必要的數(shù)據(jù)帶寬越來越大。當(dāng)前的銅纜網(wǎng)絡(luò)已達(dá)到極限。今天庫爾蒂（Kurthi）將帶大家一起來認(rèn)識一下光纖。

光纖如何工作？

光纖不像銅纜那樣通過使用電流來傳輸信息，而是通過光來傳輸。

光纖比銅纜具有許多優(yōu)勢，例如，它們能夠傳輸更高的帶寬，并同時橋接很長的距離。與銅纜相比，光纜具有低信號衰減和信號損耗。另一個重要的優(yōu)點(diǎn)是它們對電磁場不敏感。

光纖已經(jīng)是現(xiàn)代電信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分，并且由于它們的許多優(yōu)點(diǎn)，它們正在取代傳統(tǒng)的銅纜。但是為什么會這樣呢？為了更好地說明這些主題，我們將從光纖的構(gòu)造開始。

光纖的構(gòu)造是怎么樣的？

圖1：光纖的結(jié)構(gòu)示意圖

圖1是光纜或光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。數(shù)字1所示的中心位置是纖芯。它被包層包裹。數(shù)字2所示的包層和纖芯在信號傳輸中共同起著重要作用。包層以相對于纖芯具有較低折射率的方式構(gòu)造。通過減小包層中的折射率，來自纖芯的信號在邊界層處反射。這種全反射使信號在纖芯上被傳導(dǎo)。（如圖2所示）

圖2：光傳導(dǎo)的示意圖

圖1中，數(shù)字3所示的緩沖層和數(shù)字4所示的護(hù)套均用于保護(hù)光纖導(dǎo)體。兩個保護(hù)層的相互作用旨在減輕機(jī)械應(yīng)力，但也可以防止自然影響，例如水分進(jìn)入。

什么是單模光纖？

單模玻璃纖維的纖芯直徑為9 μm，如圖3所示。包層玻璃的厚度為125 μm。如圖2所示，較小的纖芯直徑可使反射次數(shù)保持在較低水平。這種方法減少了光纜的衰減，從而導(dǎo)致進(jìn)一步且更快地信號傳輸。

但是，較小的纖芯直徑也有缺點(diǎn)——只有一個信號源能通過光纖發(fā)送。

由于低衰減和快速信號傳輸，單模光纖主要用于橋接長線纜。

圖3：單模和多模光纖的差異

多模光纖如何工作？

多模光纖的纖芯直徑為50 μm至62.5 μm。因此，它比9 μm單模光纖的纖芯粗很多倍。這種差異可以在圖3中的示意圖里明顯看出。較大的纖芯直徑使多模光纖能夠通過纖芯并行傳輸多個信號源。使用多個信號源會增加可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。同時，光纜中的反射次數(shù)增加，從而增加了衰減。多模光纖用于在短距離上傳輸大量數(shù)據(jù)。

漸變折射率（Gradient Index）和階躍折射率（Step Index）有什么區(qū)別？

圖4所示，與僅具有一種類型的單模光纖相比，多模光纖有不同的類型。多模光纖纖芯具有漸變折射率或階躍折射率，漸變折射率光纖更為常見。此折射率描述了通過光纖纖芯傳輸時所采用的路徑類型的模式。

在階躍折射率多模光纖中，在導(dǎo)體纖芯的整個橫截面上的折射率相同，而在包層玻璃中折射率較低。然而，透射的光可以在其中以數(shù)百種模式傳播，這導(dǎo)致傳播時間的分散。這種模式色散會被漸變折射率光纖抵消，因?yàn)樗鼈兘档土四Ｊ缴?。因此，通過漸變折射率光纖的模的過程不像階躍折射率光纖那樣處于“鋸齒狀”，而是在彎曲的路徑上。在更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的范圍內(nèi)，這些優(yōu)勢是顯而易見的。

圖4：多模階躍折射率與多模漸變折射率與單模光纖的光傳播

下一期，庫爾蒂（Kurthi）將會繼續(xù)向大家介紹光纖技術(shù)，包括單模光纖的分類、多模光纖的類型和傳輸速度、鋪設(shè)光纜的原則以及如何減少損失。敬請期待！