什么是光纤通信？它的主要工作原理是什么？

通信" target="_blank">光纤通信技术(optical fiber communications)从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。

一、什么是光通信?

光通信是利用光信号进行信息传输的通信方式。它是一种高速、大容量、低损耗、抗干扰能力强的通信方式，已成为现代通信领域的重要技术之一。在光通信中，光源将信息转换为光信号，通过光纤进行传输，接收端再将光信号转换为电信号进行解码。光通信广泛应用于电信、互联网、数据中心、医疗、广电等领域。随着技术的不断进步，光通信的传输速率和容量不断提高，为人们的生活和工作带来更多的方便。

光通信的优点：

(1)通信容量巨大

理论上，一根光纤可以同时传输100亿个话路，目前同时传输50万个话路的试验已经成功，比传统同轴电缆、微波等高出几千乃至几十万倍。

(2)中继距离长

光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送、光接收设备、光放大器、前向纠错等技术，可使其中继距离达数千公里以上，而传统电缆只能传送1.5km，微波50km，根本无法与之相比。

(3)适应力强

具有不怕外界强电磁场干扰、耐腐蚀等优点。

(4)保密性能好

(5)体积小、重量轻

光通信缺点：

(1)光纤结构较为脆弱，机械强度差，需要保护

(2)光纤的切断和连接操作技术要求高

(3)分路、耦合操作较为繁琐

二、光通信的发展历史

20世纪60年代，光通信开始发展，并且在未来几十年中得到了迅速发展。以下是光通信的关键历史节点：

1960年代，光通信的发展始于1960年代，最初是通过空气中的激光束进行点对点的通信。

1970年代初期，光通信开始用于长距离的电话通信，但光纤材料的制造和光源技术的进步仍然是主要难点。

1980年代，光通信进入了高速发展期。随着光纤材料的制造和光源技术的不断改进，光通信的传输速率和传输距离都得到了显著提高。

1990年代，光通信技术得到了广泛应用，尤其是在互联网的发展中起到了重要作用。1997年，全球光通信市场价值超过100亿美元。

2000年代，光通信技术进一步提高了传输速率和传输距离，如Wavelength Division Multiplexing(WDM)技术，可以在一根光纤上同时传输多个不同波长的光信号，大大提高了光纤的传输容量和效率。

2010年代，光通信技术已经成为现代通信领域不可或缺的一部分，广泛应用于电话、宽带、移动通信等领域。同时，光通信技术也开始应用于智能家居、智能交通、智能家居等领域。

三、光通信的原理

光通信利用光的传输特性，将信息转换为光信号，通过光纤进行传输，然后再将光信号转换为电信号进行解码。光通信的主要设备包括光源、光纤、光接收器等组成。光源可以是激光器或发光二极管等，通过电信号控制光源的开关和光的强度，产生光脉冲信号。这些信号经过光纤传输到达接收端，经过光接收器将光信号转换为电信号。

四、光通信应用场景

电信领域：光通信技术已经成为电信领域的重要技术之一，广泛应用于电话、宽带、移动通信等领域。

数据中心：数据中心需要高速、大容量的数据传输，光通信技术可以满足这一需求，提高数据传输速率和容量。

医疗领域：光通信技术可以用于医疗诊断和治疗，如光学相干断层扫描(OCT)技术可以用于眼科、皮肤科等领域的诊断。

光纤通信原理

1.光纤通信原理—简介

光纤通信(Fiber-optic communication)，也作光纤通讯。光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性 ，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。

2.光纤通信原理—组成部分

最基本的光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发信机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光收信机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

(1)光发信机----由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。

(2)光收信机----由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。

(3)光纤线路----其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

(4)中继器----由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲近行政性。

(5)无源器件----包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。

3.光纤通信原理

光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。光纤中有两种光线，即子午光线和斜射光线，子午光线是位于子午面上的光光线，而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。

下面以光线在阶跃光纤中传输为例解释光通信的原理。

如图所示为阶跃型光纤，纤芯折射率为n1，包层的折射率为n2，且n1>n2，空气折射率为n0。在光纤内传输的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光线进入纤芯中所产生折射角θ2，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纤中以全反射形式传输，与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi 有一个最大值θmax。

当光线以θi>θmax入射到纤芯端面上时，内光线将以小于θc 的入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角小于90度，该光线将射入包层，很快就会露出光纤。

当光线以 θi<θmax入射到纤芯端面上时，入射光线在光纤内将以大于 的θc入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角大于90度，该光线将在纤芯和包层界面产生多次反射，使光线沿光纤传输。

光纤通信为什么要用激光

激光光纤通信的基本原理是电信号通过发送光端机，对由激光器发射的激光光波进行调制，再通过光纤传送到另一端，接收光端机接收并变成电信号，解调恢复原来的信息。激光光纤通信最根本问题是发生激光的激光器和传送激光的光纤。

激光(LASER，有人译为“莱塞”、“镭射”)的亮度特高，亮度比太阳亮千亿倍。颜色单纯，定向性特好，可产生几万摄氏度的高温，使材料迅速融化或气化，激光比太阳更绚丽，它将人间的生活装点得更多姿。

人们发现透明度很高的石英玻璃丝可以传光，这种玻璃丝叫做光学纤维，简称光纤。但初期用光纤传输光信息损耗太大，每传输1000米损耗1000分贝左右(损耗零分贝，表示没有衰减，而损耗20分贝相当于衰减得只剩1%)。1966年英籍华人高馄博士从理论分析：除去玻璃中杂质，可以大大降低传输损耗，可以降低到20分贝/千米，使很多科学家受到鼓舞。

1970年，美国一公司科研人员制造出每千米传输损耗只有20分贝的光纤;这一年贝尔实验室研制出在常温环境下连续工作的激光器。人们研制的光纤损耗越来越小，到1979年只有0.2分贝/千米。1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统，两根直径为0.l毫米的玻璃丝竟可同时开通8000路电话。

光纤通信技术不断发展(如工作区波长从0.85微米过渡到1.31微米的，从多模光纤过渡到单模光纤)，信息传输的容量和速度大大提高。

光纤通信有许多优点：传输信息容量大;衰减小，每千米的衰减比最大容量的同轴电缆要小一个数量级;细而轻;抗干扰性好;成本低;节省金属;保密性强。

光纤通信与卫星通信相比有其优点，所以在将来在电信中有可能与卫星通信平分秋色。光纤通信除用于电话电视之外，还用于计算机网络、厂矿内部通信、电力系统和铁路系统的通信等。

光纤通信技术在不停地向前发展，正在开发新的技术，有波分复用技术(让不同波长的光信号在同一根光纤上互不干扰地传输)、光纤放大器(光纤传输有损耗，在一定距离要把光信号变成电信号加以放大，再变成光信号继续传输)、光弧子通信(利用在光纤中传播长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲进行通信，以实现超长距离和超大容量的通信)等。