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(hào)來傳輸數(shù)字信息。

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

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

這種電信號(hào)輸入LED、激光二極管等光源后，這些光源會(huì)根據(jù)信號(hào)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(hào)在光纖中傳導(dǎo)后，可以通過光纖到達(dá)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(dāng)光信號(hào)照射到其上時(shí)，亮?xí)r產(chǎn)生高電壓，暗時(shí)產(chǎn)生低電壓，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。最后，電信號(hào)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(xì)，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(huì)問，不是應(yīng)該更厚更貴嗎？其實(shí)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(duì)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(shí)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(huì)影響透光率。

我們初中都學(xué)過光的折射和反射。光纖實(shí)際上是一個(gè)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(huì)損失掉，而全反射的部分可以透射到光纖的另一端。

因?yàn)楣庠磿?huì)向各個(gè)方向發(fā)射光，所以各種角度的光都會(huì)進(jìn)入纖芯，但是入射角過大的光會(huì)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(huì)被包層全反射，從而在纖芯中前進(jìn)。

但是光纖中并不是所有全反射的光都能透射，因?yàn)楣庖彩遣?，如果是波，就?huì)有損耗。當(dāng)光在纖芯和包層的邊界被反射時(shí)，由于反射角的原因會(huì)發(fā)生相位變化。

當(dāng)向反射表面前進(jìn)的光遇到反射回來的光時(shí)，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(huì)產(chǎn)生各種相位的波，不同相位的波會(huì)相互干涉。

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

此時(shí)，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(qiáng)，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(shí)，其相位會(huì)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(huì)被不同相位引起的干擾抵消。

但在一定角度下，前進(jìn)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(jìn)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(huì)繼續(xù)傳導(dǎo)。

所以纖芯的直徑對(duì)光的透射有很大的影響，因?yàn)橹睆經(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(xì)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(xì)，只有小入射角的光才能進(jìn)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(jìn)入光纖。

另一方面，單模光纖的纖芯直徑設(shè)計(jì)成只允許同相位的最小角度光進(jìn)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(jìn)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(shí)傳導(dǎo)多條射線。

換句話說，單模和多模實(shí)際上表明是否存在一個(gè)或多個(gè)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(duì)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(jià)格。

相對(duì)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(duì)光源和感光元件的性能要求更高，價(jià)格也更高，但信號(hào)失真會(huì)更小。

在多模光纖中，多條反射角不同的光線同時(shí)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(duì)來說，反射角越小，光傳播的距離越短。

光傳播的距離會(huì)影響到達(dá)接收端的時(shí)間，即傳播的距離越長，到達(dá)接收端的時(shí)間越長。因此，當(dāng)多條射線在不同時(shí)間到達(dá)時(shí)，信號(hào)的寬度會(huì)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(huì)出錯(cuò)。

而單模光纖則不會(huì)有這樣的問題，因?yàn)槔w芯中傳輸?shù)墓庵挥幸环N，不會(huì)因?yàn)閭鞑ゾ嚯x的不同而產(chǎn)生時(shí)差，所以即使光纖很長，也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)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(yuǎn)。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(yuǎn)處建筑物之間的連接。