光纤的传输原理

光纤的传输原理

光传输系统由三个部分组成，即光源、传输介质和检测器。习惯上，一个光脉冲表示比特1，而无光脉冲则表示比特0。传输介质是极细的玻璃纤维。当光照到检测器时，它产生一个电脉冲。在光纤的一端放上光源，另一端放上检测器，我们就有了一个单向传输系统，它接收一个电信号，转换成光脉冲并传输出去，然后接收端再把光脉冲转换为电信号。

    实际上，如果不是利用了一个物理上的原理，这种光纤传播系统就会因为漏光而没有实用价值。当光通过一种介质而进入另一种介质时，例如，光从空气射入二氧化硅之中时，在两者的界面上光将发生折射现象（弯曲），原因就是两种物质对光的折射率不同导致的。

    入射光在边界上经角度α1射入，以角度β1射出。折射量取决于两种介质的特性（两者的折射率）。如果入射角大于一个临界值，光线将完全反射回二氧化硅，而不会漏入空气中。因而，光的入射角大于或等于临界值时，光线将完全限制在光纤之中，而无损耗的传播几公里。

    因为任何以大于临界值的角度入射的光线，在介质边界都将被完全的反射回介质，因而不同的光线在介质内部以不同的反射角传播。可认为每一束光线有一个不同的模式（mode），具备这种特性的光纤称为多模光纤（multi-mode fiber）。

    但是，如果光纤的直径减小到和光波波长相同的时候，光纤就如同一个波导，光在其中没有反射，而沿直线传播，这就是单模光纤（single-mode fiber）。单模光纤很贵，但传输的距离远。当前可使用的光纤系统能以1Gb/s的速率传输30km远。在实验室里已经能在短距离上获得更高的传输速率。实验还表明，大功率的激光能够驱动光纤传输100km，尽管速率低一些，但是不需要使用中继器。