首页>资讯

你了解光纤吗?光纤的结构原理又是什么?它为什么能通讯呢?

[来源:纤亿通科技]  [日期:2019-03-20]  [点击数:249] 

高琨,一个在光通信行业如雷贯耳的名字,华裔物理学家、若贝尔物理学奖得主、香港中文大学前校长,被称为“光纤之父”的高琨于2018年9月23日在香港逝世,享年84岁。在光纤领域做出了杰出贡献,今天我们就来了解一下光纤。


最近有些朋友在问我,他们家每天都在使用光纤宽带,但是不知道光纤是什么原理。那么我们就来介绍一下光纤的原理,那么要了解光纤的原理,首先我们先要了解一下全反射的概念:

全反射的原理

光线在均匀介质中是以直线传播的,但在两种不同介质的分界面会产生反射和折射现象,如图

你了解光纤吗?光纤的结构原理又是什么?它为什么能通讯呢?

那么我来打个比方,图中红线是一个界面,红线上方是空气,红线下方是水。当我们用一束光从水中向空气照射的时候(入射光)它有一部分光会被反射回去,还有一部分光会被透射出去。当我们让入射光斜射如空气中,我们会发现在空气中角3的角度会比较大,我们称为折射角,在水中的角1的角度比较小,我们称为入射角。那么如果我们继续增大这个角度,这个反射光线还是存在,透射光线接近水面。这种情况称为掠出射,而此时的入射角就叫临界角。假设我们把这个入射角继续增大,那么这个折射光线不可能回到水里,所有这种情况我们称为全反射。,如图:

你了解光纤吗?光纤的结构原理又是什么?它为什么能通讯呢?

那么为会出现这种现象?这是因为光在空气和水中的传播速度不一样。也就是说当n2/n1的比值增大到一定程度,则会使折射角≥90度,此时的折射光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上掠过,或者重返回到纤芯中进行传播,这种现象也就是上面所说的全反射现象。

那么我们了解了全反射之后就可以来了解一下光纤是什么原理了。在此之前我还需要了解一下光纤的结构,光纤呈圆柱形,由纤芯、包层与保护层三大部分组成,如图:

你了解光纤吗?光纤的结构原理又是什么?它为什么能通讯呢?

光纤分解图

纤芯是折射率大的,包层是折射率小的,就相当于我们上面说的空气和水,当光在纤芯中传输时,就可以在纤芯中多次发生全反射,光就可以通过光纤传导过去了。

纤芯core:折射率较高,用来传送光

包层coating:折射率较低,与纤芯一起形成全反射条件

保护套jacket:强度大,能承受较大冲击,保护光纤

不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤的衰耗。

那么光纤为什么能通讯呢?其实我们可以这样想,有光代表“1”没光代表“0”,我们就要不停的有光没光,就代表着“101010”,那么我们就可以根据光的不同特征来表示不同的信息。我们可以通过技术调制光的振幅和相位、偏振变化,通过这些变化我们可以表示为信息“1”

那么我们要想在光纤中进行通讯,我们必须要有一个稳定的信号源,那么也就是我们传输中所说的光源,这个光源必须是可以调制的,也就是相干光也就是激光,通常我们现在传输所用的光源也就是光模块。

你了解光纤吗?光纤的结构原理又是什么?它为什么能通讯呢?

光模块

了解了光纤是如何通讯后,我们再来看看光纤的发展史。1966年,英籍华人高锟发行的一篇论文《光介质表面波导》得了物理上的突破,证明了用玻璃可以制成通信光导纤维,终于在1970年,美国康宁玻璃公司制造出世界第一根光纤,它的衰减为20dB/Km的光纤,也就是说每过1km光信号的损耗就会衰减为原来的1%,这时候就有人提出光信号衰减实在太厉害了,也就在这时候光信号放大器就应运而生了,用光信号放大器再把信号放大回来继续往下传输就可以了,通常我们现在所用的就是掺饵光纤放大器、拉曼放大器等,这样就可以长距离传输了。1974年,光纤的衰减己降低到1.1 dB/Km;1980年,长波长窗口(1.5μm)的衰减低达0.2 dB/Km。

说到这里就有朋友会问,那么一根光纤的传输速度有多快呢?传输速度我们一般称为速率或者带宽,那么带宽有多大呢?其实一根普通的光纤大概可以达到1Tbit/s的速度,在实验室中我们所制作的波分复用光纤可达160Tbit/s,那么有些朋友会问我家100兆的宽带为什么上传速度才1兆,其实光纤的理论速率是160Tbit/s,但是营运商通过设备没给你开那么大的速度,所用达不到这个值。光纤还有传输距离远的优势,现在的光纤传输可达到0.2dB/km,每公里信号衰减5%,经过一段距离我们再给它增加一个中继、放大就可以实现长距离传输。同时它的抗干扰能力、保密性都很强,我们还可以使用波分复用技术让一根光纤进行扩容,将不同波长的光信号在一根光纤中传输,从而达到节约成本节省光纤资源的目的。

你了解光纤吗?光纤的结构原理又是什么?它为什么能通讯呢?

波分复用技术

最后我们再来说说我最后敬佩的物理学家高琨,晚年时得了阿尔兹海默症,在2009年高琨获得诺贝尔奖时已经没法演讲了,高琨他虽然去世了,但是他的发明他的脚印却永远留在了我们的时代,当我们上网、看电视、打电话时不妨想想给我们带来生活便捷的背后为我们辛勤付出的科学家们,是他们的智慧和汗水让我们的网络更畅通,让我们足不出户了解天下事情。

工作时间
周一至周五 上午 9:00~18:00

0755-23334940

1121424229@qq.com

新手指南
发布询盘
购买与交换
快速赚积分指南
询盘使用指南
收费规则
积分兑换说明
赚到的积分说明
我的积分说明
提现说明
积分规则
关于我们
平台简介
成功故事
服务保障

关注微信公众号