光纤是如何进行数据传输的？过程介绍

光纤通信技术应用迅速增长，自1977年光纤系统首次商用安装以来，电话公司就开始使用光纤链路替代旧的铜线系统。许多电话公司，在他们的系统中全面使用光纤作为干线结构和作为城市电话系统之间的长距离连接。提供商已开始用光纤/铜轴混合线路进行试验。这种混合线路允许在领域之间集成光纤和同轴电缆，这种被称为节点的位置，提供将光脉冲转换为电信号的光接收机，然后信号再经过同轴电缆被传送到各个家庭。作为一种通信信号传输的恰当手段，光纤稳步替代铜线是显而易见的，这些光缆在本地电话系统之间跨越很长的距离并为许多网络系统提供干线连接。

光纤就是利用光来传输信息的一种技术，光纤的结构它是由一种双层结构的纤维状透明材质(玻璃和塑料)构成的，通过在里面的纤芯中传导光信号来传输数字信息。信号是由多个频段的信号组成的，比较复杂，但光信号却非常简单，亮表示 1，暗表示 0。信号在微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管(light emitTIng diode，LED)或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。

但是数字信号并不能直接转换成光信号，需要先把数字信号转换成电信号，然后再把电信号转换成光信号。而电信号非常简单，用高电压表示1，用低电压表示0。将这样的电信号输入LED、激光二极管等光源后，这些光源就会根据信号电压的变化发光， 高电压发光亮，低电压发光暗。这样的光信号在光纤中传导之后，就可以通过光纤到达接收端。接收端有可以感应光线的光敏元件，光敏元件可以根据光的亮度产生不同的电压。当光信号照射到上面时，光亮的时候就产生高电压，光暗的时候就产生低电压，这样就将光信号转换成了电信号。 最后再将电信号转换成数字信息，我们就接收到数据了。

纤芯的直径对光的传导影响很大，光纤通信的关键技术就是能够传导光信号的光纤。光在透明材质中传导似乎听起来很简单，但实际上光的传导方式是非常复杂的，不同材质的光纤其透光率和折射率也不同，纤芯的直径等因素也会影响光的传导。

我们在初中都学过光的折射和反射，光纤其实就是一根圆柱形的玻璃，光可以穿过它产生折射和反射，折射部分会损耗掉，而全反射部分的光线就可以传输到光纤的另一端。因为光源在所有方向上都会发光，因此会有各种角度的光线进入纤芯，但入射角度太大的光线会在纤芯和包层(纤芯外沿部分)的边界上折射出去，只有入射角较小的光线会被包层全反射，从而在纤芯中前进。但是也不是所有的全反射光线都能在光纤中传导，因为光也是一种波，是波就会有损耗，当光线在纤芯和包层的边界上反射时， 会由于反射角产生相位变化。

当朝反射面前进的光线和被反射回来的光线交会时，如果两条光线的相位不一致，就会彼此发生干涉抵消，只有那些 相位一致的光线才会继续在光纤中传导。如果周围没有障碍物，水面上的波纹会一直呈同心圆状扩散出去，但如果遇到两侧的墙壁，波纹就会被反射回来。这时，向墙壁前进的波和从墙壁反射回来的波就会相互叠加，其中相位相同的波相互加强，相位不同的波相互抵消。

光纤中的情况也是一样的，只不过和水波不同的是，光在被纤芯和包层的边界反射时，相位会发生变化。这个变化的量随光在反射面的反射角度不同而不同，大多数角度下，都会因为相位不同而被干涉抵消。不过， 有几个特定的角度下，向反射面前进的光和反射回来的光的相位是一致的， 只有以这些角度反射的光才能继续向前传导。进入光纤的光线有各种角度，但其中，只有少数按照特定角度入射以保持相位一致的光线才 会继续传导。所以说纤芯的直径对光的传导影响很大，因为直径的大小决定了光线的入射角度。