光纖是一種利用光來傳遞信息的技術(shù)。光纖的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由雙層纖維透明材料(玻璃和塑料)制成，通過在內(nèi)部纖芯中傳導(dǎo)光信號來傳輸數(shù)字信息。

信號由多個頻段的信號組成，比較復(fù)雜，但是光信號很簡單，亮表示1，暗表示0。

然而，數(shù)字信號不能直接轉(zhuǎn)換成光信號。我們需要先把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電信號，再把電信號轉(zhuǎn)換成光信號。電信號很簡單，高壓代表1，低壓代表0。

這種電信號輸入LED、激光二極管等光源后，這些光源會根據(jù)信號電壓的變化而發(fā)光，高壓發(fā)光，低壓發(fā)光暗。

這樣的光信號在光纖中傳導(dǎo)后，可以通過光纖到達接收端。該接收端設(shè)有一可感應(yīng)光線的感光元件，該感光元件可根據(jù)光線的亮度產(chǎn)生不同的電壓。

當光信號照射到其上時，亮時產(chǎn)生高電壓，暗時產(chǎn)生低電壓，從而將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。最后，電信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，然后我們接收數(shù)據(jù)。

這就是光纖的通信原理。

其中光纖分為單模光纖和多模光纖，兩者有什么區(qū)別？

單模光纖的纖芯更細，多模光纖的纖芯更粗，單模光纖的傳輸距離更長，但多模光纖的傳輸距離比單模光纖便宜。

很多人可能會問，不是應(yīng)該更厚更貴嗎？其實光纖越薄，技術(shù)要求越高。想想是不是越做越小，越做越難，越做越貴。

光纖的直徑對光的傳輸有很大的影響。光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)是光纖

在透明材料中傳導(dǎo)光聽起來很簡單，但實際上，傳導(dǎo)光的方式非常復(fù)雜。不同材料制成的光纖的透光率和折射率也不同，纖芯直徑等因素也會影響透光率。

我們初中都學(xué)過光的折射和反射。光纖實際上是一個圓柱形的玻璃，光通過玻璃可以發(fā)生折射和反射，折射的部分會損失掉，而全反射的部分可以透射到光纖的另一端。

因為光源會向各個方向發(fā)射光，所以各種角度的光都會進入纖芯，但是入射角過大的光會在纖芯和包層的邊界(纖芯的外邊緣)發(fā)生折射，只有入射角小的光才會被包層全反射，從而在纖芯中前進。

但是光纖中并不是所有全反射的光都能透射，因為光也是波，如果是波，就會有損耗。當光在纖芯和包層的邊界被反射時，由于反射角的原因會發(fā)生相位變化。

當向反射表面前進的光遇到反射回來的光時，如果兩條光線的相位不一致，它們將相互干涉，并且只有那些相位一致的光線將在光纖中繼續(xù)透射。

就像水的波紋一樣，在波紋的中心會產(chǎn)生各種相位的波，不同相位的波會相互干涉。

如果周圍沒有障礙物，水面的波紋會一直以同心圓的形式向外擴散，但如果碰到兩邊的墻壁，波紋就會被反射回來。

此時，向墻壁傳播的波和從墻壁反射的波將相互疊加，其中同相位的波相互增強，不同相位的波相互抵消。

光纖中也是如此，只不過與水波不同的是，光在被纖芯和包層的邊界反射時，其相位會發(fā)生變化。

這種變化的量隨著光在反射表面上的反射角而變化。在大多數(shù)角度，它會被不同相位引起的干擾抵消。

但在一定角度下，前進到反射面的光的相位與反射光的相位是一致的，只有在這些角度下反射的光才能繼續(xù)向前透射。

進入光纖的光線有各種角度，但其中只有少數(shù)以特定角度入射以保持相位一致的光線會繼續(xù)傳導(dǎo)。

所以纖芯的直徑對光的透射有很大的影響，因為直徑?jīng)Q定了光的入射角。

根據(jù)纖芯直徑的不同，光纖可以分為幾種類型，一般包括更細的單模光纖(8 ~ 10μ m)和更粗的多模光纖 (50微米或62.5微米)。

單模光纖的纖芯很細，只有小入射角的光才能進入。所以在能保持相位一致的角度中，只有角度最小的光才能進入光纖。

另一方面，單模光纖的纖芯直徑設(shè)計成只允許同相位的最小角度光進入，也就是說在單模光纖上只傳輸一束光。

多模光纖的纖芯較厚，入射角較大的光也能進入。這樣，在相位相同的角度中，不僅可以傳導(dǎo)光纖中最小的角度，還可以傳導(dǎo)其他角度更大的角度，即可以在核心中同時傳導(dǎo)多條射線。

換句話說，單模和多模實際上表明是否存在一個或多個相位相同的角度，這就決定了它們的特性也是不同的。

多模光纖可以傳導(dǎo)多條光線，意味著可以通過更多的光線，對光源和感光元件的性能要求更低，這樣可以降低光源和感光元件的價格。

相對來說，單模光纖纖芯只能傳導(dǎo)一種光，能通過的光更少。相應(yīng)的，對光源和感光元件的性能要求更高，價格也更高，但信號失真會更小。

在多模光纖中，多條反射角不同的光線同時傳導(dǎo)，反射角越大，光線反射的次數(shù)越多，傳播的距離越長。相對來說，反射角越小，光傳播的距離越短。

光傳播的距離會影響到達接收端的時間，即傳播的距離越長，到達接收端的時間越長。因此，當多條射線在不同時間到達時，信號的寬度會被拉伸，從而導(dǎo)致失真。

所以光纖越長，失真越大，超過允許范圍，通信就會出錯。

而單模光纖則不會有這樣的問題，因為纖芯中傳輸?shù)墓庵挥幸环N，不會因為傳播距離的不同而產(chǎn)生時差，所以即使光纖很長，也不會出現(xiàn)嚴重的失真。

所以單模光纖失真小，損耗小，比多模光纖傳輸?shù)母h。因此，多模光纖主要用于建筑物內(nèi)部的連接，而單模光纖用于遠處建筑物之間的連接。