可觀不可褻的光纖

　　從本世紀70年代初至今，尤其是近20年來，光纖通信迅猛發展，現已在長途干線網中逐步取代同軸電纜、微波等而成為主要傳輸手段。可以預計，在不久的將來，光纖通信將進入用戶網，逐步取代用戶網中的音頻電纜，從而走進千家萬戶。所謂光纖通信，是指將要傳送的語音、圖像和數據信號等調制在光載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖是迄今為止發現的最適合傳導光的傳輸媒介，是光纖通信系統中不可缺少的組成部分。

　　光纜是由一組光纖組成的用來傳播光束的、細小而柔韌的傳輸介質。光纜不僅是目前可用的媒體，而且是今后若干年后將會繼續使用的媒體，其主要原因是這種媒體具有很大的帶寬。光纖與電導體構成的傳輸媒體最基本的差別是，它的傳輸信息是光束，而非電氣信號。因此，光纖傳輸的信號不受電磁的干擾。

　　與傳統電纜相比，光纖具有損耗小、傳輸距離長的優點。目前使用的石英光纖在0.8－1.8pm波長范圍內的損耗比所有傳統的電傳輸線低。由于光纖傳輸損耗低，所以其中繼距離達到幾十公里至上百公里，而傳統的電傳輸線中繼距離僅為幾公里。

　　光纖具有抗干擾性好、保密性強、使用安全等特點。光纖是非金屬介質材料，具有很強的抗電磁干擾能力，這是傳統的電通信所無法比擬的。光信號束縛在光纖芯子中傳輸，在芯子外很快衰減，這樣不會產生光纖間的串光現象，所以其保密性好且能保證同一光纜中不同光纖間光信號的傳輸質量。光纖具有抗高溫和耐腐蝕的性能，因而可以抵御惡劣的工作環境。

　　光纖的體積小、重量輕，便于敷設。光纖細如發絲，其外直徑僅為125pm，加塑套后的外徑也小于1mm，再加上光纖材料比重小，因而制成光纜后，直徑比電纜細，重量也輕很多。例如一根18芯的光纜每公里約重150kg，而18芯同軸電纜每公里約重11噸。經過表面涂敷的光纖具有很好的可撓性，便于敷設，可架空或置入管道。

　　制作光纖的原材料豐富。石英光纖的主要成分是二氧化硅（SiO2），這是地球最主要的成分之一。而傳統通信電纜的主要材料為稀有金屬銅，其資源嚴重緊缺，這樣使用光纖作為傳輸媒介可以節省大量的越來越寶貴的金屬材料。

　　光纖由單根玻璃光纖、緊靠纖心的包層以及塑料保護涂層組成，如下圖所示。為使用光纖傳輸信號，光纖兩端必須配有光發射機和接收機，光發射機執行從光信號到電信號的轉換。實現電光轉換的通常是發光二極管（LED）或注入式激光二極管（ILD）；實現光電轉換的是光電二極管或光電三極管。

　　根據光在光纖中的傳播方式，光纖有兩種類型：多模光纖和單模光纖。多模光纖又根據其包層的折射率進一步分為突變型折射率光纖和漸變型折射率光纖。以突變型折射率光纖作為傳輸媒介時，發光管以小于臨界角發射的所有光都在光纜包層界面進行反射，并通過多次內部反射沿纖心傳播。這種類型的光纜主要適用于適度比特率的場合。

　　多模突變型折射率光纖的散射通過使用具有可變折射率的纖心材料來減小。折射率隨離開纖心的距離而增加，導致光沿纖心的傳播好像是正弦波。將纖心直徑減小到一種波長（3-10um），可進一步改進光纖的性能，在這種情況下，所有發射的光都沿直線傳播，這種光纖稱為單模光纖。這種單模光纖通常使用ILD作為發光元件，可操作的速率為數百Mbps。

　　從上述三種光纖接收的信號看，單模光纖接收的信號與輸入的信號最接近，多模漸變型次之，多模突變型接收的信號散射最嚴重，因而它所獲得的速率最低。

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