回答这个问题,我们必须先引入折射的概念。如果你曾有过潜水的经历,你一定会发现当你从水下看水面上的物体时,物体的高度会和你在水面上看到的高度不同,这便是因为光发生了折射。折射的程度是一个定值(折射率)而折射角则与入射角有关。比如把一个空烧杯放在一枚硬币上,这时观察者可透过杯的侧壁看到杯底的硬币。再往杯中注满水,还能透过杯的侧壁看到杯底的硬币吗?看不到了,因为硬币发出的光线在杯壁上发生了全反射,不再射到观察者眼中。有趣的是,这时如果往硬币上倒一些水,再把盛水烧杯放到硬币上,则又能透过杯壁看到硬币。这是因为杯底和硬币之间有水填充后,空气层的减少使发自硬币的光线减少了一次反射,从而使射向杯壁光线的入射角减小到小于临界角,以致光线能射出杯壁。
在了解光的这些性质后,光纤的原理就变得易于理解了。
#01
光纤传输的原理
首先,我们要把我们要传递的信息转化为光信号,以光为介质,利用光的全反射使信号在光纤中传播,最后通过转换器将光信号导出转换为电信号达到传递信息的目的。光纤的结构大致分为里面的纤芯部分与外面的包层。为了把光信号限制在纤芯内,包层的折射率必须小于纤芯的折射率,才能使光能在光芯内持续地发生全反射,从而不至于使光线射出导致信息流失。
正所谓世上没有永恒的事物,光纤里的光信号亦逃不出这层魔咒。随着传输距离的增加,光纤中光信号的一部分能量被纤芯的原子所吸收、一部分能量由于纤芯分子层面的表面不光滑而发生漫反射,射出纤芯使光信号的强度减弱,最终导致信息流失,这个现象被称为传输损失。传输损失也是限制光纤长度的主要因素之一。但是,光纤通信技术相比之前的任何一种通信方式,优势都是不言而喻的。
光的传输损失
#02
光纤通信的优缺点及应用
相比之前的电磁波通信,光纤通信技术具有很多先进之处。
抗电磁干扰能力强。
保密性好。
频带宽,通信容量大。
光纤通信技术的损耗低。
光信号在光纤内传播
尽管光纤通信技术已经有了很大突破,但仍然存在不足之处。
光纤性质脆,需要适当地涂敷加以保护。此外,为了保证能承受一定的敷设张力(敷设张力就是指线管或线缆由一处至另一处之间的安装过程中所受到的相互牵引力),光纤结构在设计时也需要多加考虑。切断和连接光纤,需要高精度的切断接续技术,这在电缆连接时并不需要。并且光纤不能在输送中继器所需要的电能,这就需要大量基础设施的支撑。
#03
光纤通信技术在多领域中的应用
光纤通信技术在广播电视网中的应用:
光纤通信在军事领域的应用:
光纤通信在电力系统中的应用: