光纤(Optical fiber)

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光传输系统由光源、光纤和光敏元件三部分组成。光源是发光二极管LED(Light Emitting Diode)或激光二极管ILD(Injection Laser Diode),当电流通过时发出光脉冲。光敏元件(如光电二极管)是光的接收装置,遇到光时会产生电脉冲。由于传输是单向的,所以需要两根光纤,一根发送,一根接收。

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图3 光纤截面图                           图4 光信号在纤芯中的反射

光纤是一种能够传导光信号的极细的传输介质,由玻璃或塑料等物质材料做成。光纤的结构包括纤芯、覆层和保护层三部分,结构如图5-27所示。中心为一根纤芯(直径为几微米到几十微米的石英玻璃纤维),纤芯外面是玻璃或塑料覆层,光密度比纤芯部分低。由于纤芯的折射系数高于覆层的折射系数,因此可以形成光波在纤芯与覆层界面上的全反射,进行光传输,如图5-28所示。最外边是塑料保护层,起保护和提供光纤强度的作用,防止光纤受到弯曲、外拉、折断和温度等影响。

光纤优于双较线和同轴电缆的主要特点是:

①传输速率极高,或者说带宽很宽。目前已达几十至几百Gbps,即每秒数万至数十万兆位以上,其潜在带宽无法预测。

②传输距离长,可达数百公里。长距离传输需要的中继器数量少。

③抗干扰能力强,不受外部电磁场影响,也不向外辐射能量。适合在户外、在建筑物之间敷设使用。

④保密性好。铜线传输容易被窃听,而光纤则不易被窃听。

⑤成本低。光纤的制造成本很低,一根光缆里可放置数十根甚至数百根光纤,平均到每根光纤上特别是平均到单位带宽上其成本极其低廉。

由于以上优点,目前光纤正被广泛应用。现在存在的问题是,网络的主要设备,以及为了延长光纤通信距离而采用的光纤中继器(负责信号的放大、再生),仍然采用电子的方式工作,而光—电、电—光转换影响了传输性能,成为“瓶颈”,也增加了成本。正在研制中的“全光网络”如成功,将能克服这一缺点。

目前常用的光纤分为多模光纤(Mutimode)和单模光纤(Singlemode)两种,如图5所示。多模光纤直径较大,为62.5mm(微米),采用850nm (纳米)的较短波长的激光传送信息,其损耗较大,传输距离较短,仅为数百米至数公里,常用于局部网络中;单模光纤直径较小,为9mm,常采用1300nm的较长波长的激光传送信息,其损耗小,传输距离长,可达数十公里,邮电等通信部门长距离通信常使用单模光纤。
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图5 光在光纤内的传播