光导纤维在线视频

你好 这一讲我们一起来认识一下

计算机网络物理层中

一种非常重要的数据传输媒体

光导纤维

光导纤维简称光纤

是计算机网络中一种以光波

作为信息载体的数据通信媒体

光纤的主要成分为二氧化硅

就是我们熟悉的石英

透明度极高

形态为丝状

横截面积仅仅为微米量级

由于光纤原料存储量大

材质轻便

可以提供极高的传输带宽

因此已经成为目前和今后高速宽带互联网

物理层中最重要的数据传输媒体之一

通常情况下

在工程中一般是将一定数量的光纤

按照一定方式组合成光缆进行使用

图中展示的就是一根利用光纤制作成的

实用通信光缆结构图

普通光纤一般由外套管 内套管

尼龙绳 包层和芯层组成

其中内外套管起到保护和固定的作用

尼龙线可以增加光纤的韧性

而包层和芯层则直接与数据的通信有关

而光波就在具有高折射率介质

构成的芯层中进行传播

下面就向大家介绍光波在光纤中的传播原理

即光内全反射原理

由图可见

假设存在折射率分别为n1和n2的两种介质

且n1小于n2

设定法线的前提下

假设一束光波从n2介质入射n1介质

根据光学原理

在界面会出现反射光和折射光

设定入射角、反射角和折射角分别为θ1、θ2和θ3

则存在θ1=θ2＜θ3

随着入射角的增大

反射角和折射角也随之增大

当入射角增大到某一个特定值时

折射角将变为90度

此时n1介质中将不会出现折射光

此时将入射角θ1称为“临界角”

其值可以由公式sinθ1=n1/n2计算得出

只要入射角大于或等于临界角

将不存在折射现象

这就是光的全反射现象

而光波正是利用这样的全反射现象

在光纤芯层内部向前传播

定义特定入射角形成的光波为一种模式

则可以将光纤分为多模光纤和单模光纤

前者可以同时容纳多个模式的光波进行传输

而后者仅容纳一个模式的光波进行传输

从外观上来区分

多模光纤一般为橘红色

而单模光纤外套管颜色一般为黄色

这张图展示了多模和单模光波的功率示意图

细心的同学从光功率分布可以发现

为什么同样是光波

多模传输功率要小于单模传输功率呢

这是因为多种模式之间会产生一定色散

而损失掉部分功率

而单模光纤则不会出现色散的情况

因此在长距离数据传输中一般会采用单模光纤

那么满足什么样的条件才能进行单模传输呢

这就是光纤单模传输的条件

其中λ为光波的波长

d为光纤芯层的直径

n1和n2分别为光纤芯层和包层的折射率

另外一个问题就是

是不是所有的光波都能作为信息载体

在光纤中传输呢

例如普通的太阳光

答案是否定的

能够用于光纤通信用的光波称为激光

激光是一种频谱单一的光波

目前光通信用三个低损耗窗口为

850nm、1310nm和1550nm三种

由激光器产生和发出

这里展示了4台红光激光器

这是绿光激光器

这是蓝光激光器

光纤最主要的应用就是数据通信

目前一根商用化光纤

在配置高性能终端设备的前提下

可以提供的带宽达到1Tb/s

以目前基于4K技术的高清电视

所需50M带宽为例

一般一根光纤就可以提供2万路

4K高清电视节目同时传输

正如课程开始所描述的

光纤已成为网络通信技术中

最重要的数据通信媒质之一

可以说

在全球骨干网物理层架构中

没有任何其他通信媒质能够取代光纤

图中展示的就是全球海底光纤通信网系统

目前光纤已经在骨干网、城域网、接入网中

全面运用

例如 利用（光纤到户）FTTH的接入网技术

被誉为是接入网发展的终极目标

另外 光纤还可以用于医疗

例如利用光纤制作成诊断仪器

可以帮助医生检查身体内部器官疾病等等

图中展示的就是用来检测食道 肠胃的

光纤内窥镜和操作平台

光纤还可以用于工业

例如机械加工 机器人等

可以利用光纤传输光源和高清图像

图中就展示了光纤激光打标机

光纤传感器和光网卡等

利用光纤制作成的设备和器件

光纤还可以用于军事

例如各种光电探测仪器

光纤制导导弹 夜视仪等设备

也是利用了光纤优越的信息和图像传输特性

当然 光纤还广泛用于民用

例如光纤照明灯 光纤到户等等

图中展示了

光纤制作成的不同形状的光纤灯

炫丽而夺目

而光纤到户实际上是属于通信技术

包括之前所阐述的医用 工业等

都属于民用的范畴

因为都是利用光纤为民造福

在我们享受光纤带给我们

巨大的便利和财富的同时

请大家不要忘记一个人

华人物理学家 高琨博士

高琨博士在1966年首次提出了

“利用石英可以制作成传输光波的通信介质

可以提供巨大带宽资源”的设想

从而揭开了光纤通信的序幕

其本人也被誉为“光纤之父”

并在2009年获得诺贝尔物理学奖

同时 也不要忘记中国第一根光纤的发明者

赵梓森院士

1976年

赵梓森院士和其领衔的团队

在武汉邮电科学研究院

研制出中国第一根光纤

开辟了中国光纤通信的道路

因此被誉为“中国光纤之父”

从光纤的出现到现在已经经过了半个世纪

光纤技术取得了极其惊人的进展

用带宽极宽的光波作为传送信息的载体

以实现数据的传输

这一几百年来人们梦寐以求的幻想

在今天已成为活生生的现实

相信不久的将来

这细小的光纤

一定可以让地球上的每一个人都深刻感到

六十亿人

真正的生活在了一个大家庭中

从此没有距离