入门级科普光通信

光纤的发明，带动了通信领域内的革命，如果没有光纤提供大容量的高速通道，互联网也只能停留在理论设想阶段。如果说，20世纪是电的时代，那么21世纪就是光的时代。光到底是如何做到能通信的？

什么是光通信

简单来说，光通信就是使用光，向对方传输信息的技术。

光通信的基本结构 ：我们身边的电脑和手机，通过电信号“0和1”发送信息。光通信是由将电信号转换成光信号的“发送机”、将光信号转换成电信号的“接收机”，以及传输光的回路“光纤”构成。

光传播媒质（光纤）

▶光纤结构

光纤裸纤分为三层：

第一层纤芯：位于光纤的中心部位，成分为高纯度的二氧化硅即玻璃。芯径一般为9-10微米（单模）、50或62.5微米（多模）。纤芯折射率较高，用来传送光。第二层包层：位于纤芯的周围，成分也是二氧化硅玻璃（直径一般为125微米）。包层的折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件。第三层涂覆层：最外层是加强用的树脂涂层。保护层材料强度大，能承受较大冲击，保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤。

▶光传输损耗

光纤传输损耗是影响光纤通信质量的一个很重要的因素。造成光信号衰减的主要因素有：材料的吸收损耗、传输时的散射损耗以及其他包括光纤弯曲、受挤压、对接损耗等因素造成的损耗。

光的波长不同，在光纤中的传输损耗也不同，经过漫长的摸索和实践，专家们逐渐总结出一个低损耗波长（1260nm~1625nm）区域，这个波长区域范围的光，最适合在光纤中传输。所以光纤通信使用的光波一般都是红外波段的。

▶光纤分类

多模光纤：传输多种模式，但模间色散比较大，限制了传输数字信号的频率，而且随传输距离的增加这种限制会更加严重。因此多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。单模光纤：纤径很小，理论上只能传输一个模式，适用于远程通信。

光纤通信系统工作原理

▶光纤通信系统

平常使用的手机、电脑等通信产品，发送的信息是以电信号的方式存在。

简单介绍一下光纤通信系统中每个器件的工作原理。

光发送机： 将电信号转换成光信号，主要由信号调制器和光源组成。

信号复用器： 将多个不同波长的光载波信号，耦合到同一根光纤中进行传输，达到传输容量倍增的效果。

光中继器： 传输过程中，信号的波形和强度会发生劣化，因此需要将波形复原到原信号那样整齐的波形，加大光强。

信号解复用器： 将复用的信号分解成原来的单独信号。

光接收机： 将接收的光信号转换成电信号，主要由光电探测器和解调器组成。

光通信的优点与应用

▶光通信的优点

中继距离长，经济节能

假设传输10 Gbps（每秒100亿个0或1信号）的信息，如果使用电通信的话，每隔几百米就要进中继处理，调整一次信号。与此相比，使用光通信的话，中继距离可达100千米以上。调整信号的次数越少，成本越低，另一方面，光纤的材料是二氧化硅，储量丰富且成本比铜线低得多，因此光通信具有经济节能的效果。

信息传递快速，通信质量高

比如说，现在和国外的朋友通话或上网聊天时，不像以前那样声音会滞后。光通信借助于海底光缆，缩短了传输距离，因此信息传递更加快速。因此使用光通信能实现与海外更畅通的通信。

抗干扰能力强，保密性好

电通信会因电磁干扰出现错误，导致通信质量下降。但是，光通信不会受到电噪声的影响，因此更加安全可靠。并且由于全反射工作原理，信号完全束缚在光纤中进行传输，所以保密性良好。

传输容量大

一般电通信只能传输10Gbps（每秒100亿个0或1信号）的信息量，与此相比，光通信可以传输1Tbps（1万亿个0或1信号）信息量。

▶光通信的应用

光通信的优点众多，发展至今光通信已经融入了我们每个人的生活每一个角落。

电脑和手机发出的信号聚集在本地通信运营商的基站和网络供应商设备中，再通过海底光缆中的光纤传输至世界各地。

视频通话、网购、电游、追剧等日常活动的实现，都离不开它在背后的助力支撑。毋庸置疑，光网络的出现，让我们的生活变得更加舒适便捷。

光纤通信技术有哪些优点和缺点

光纤通信技术是一种利用光纤传输信息的通信技术，具有以下优点和缺点：

优点：

传输速度快：光纤通信技术的传输速度非常快，通常可以达到数百兆甚至数千兆每秒，远远超过了其他传统的通信技术，如电缆、电话线等。带宽大：光纤通信技术的带宽非常大，可以同时传输大量的数据，这对于需要高速传输大量数据的应用非常有用。传输距离远：光纤通信技术可以在很长的距离内传输信息，而且信号衰减非常小，这意味着可以在远距离传输信息而不会丢失信号质量。抗干扰性强：光纤通信技术的信号传输是通过光信号进行的，不会受到电磁干扰等外部因素的影响，因此具有很强的抗干扰性。安全性高：由于光信号只能在光纤内部传输，不会泄露到外部环境，因此光纤通信技术具有很高的保密性和安全性。

缺点：

初始投资高：光纤通信技术需要大量的光纤和其他设备，因此初始投资成本非常高。光纤易损坏：光纤是一种脆弱的材料，容易受到机械、温度等因素的影响而损坏，因此需要进行保护和维护。光信号衰减：在长距离传输过程中，光信号会发生衰减，这可能会导致信号质量下降。信号传输延迟：由于光纤传输需要时间，因此光纤通信技术的信号传输延迟较大，这可能会影响一些实时应用。对环境敏感：光纤通信技术需要在较低的温度和湿度环境中运行，否则光信号的传输质量会受到影响。

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