看动图，读懂光纤通信背后的原理！

来源于通信百科

光纤通信因其通信容量大、传输距离远，已经是现代通信的主要支柱之一。下面将有一大波动图，让你简单直观的了解光纤通信背后的原理。

1 电磁波谱

光纤通信的工作波长位于近红外区。

分为如下几个波段：O波段、E波段、S波段、C波段、L波段和U波段，如下图：

可参考文章：《认识光》

2 光纤结构

裸纤一般分为纤芯（core）、包层（cladding）、涂敷层

可参考文章：《光纤的结构》

3 光纤的全反射

4 单模光纤与多模光纤

外径一般约125um，单模的内径 9um 

外径一般约125um，多模的内径50/62.5um

可参考文章：《单模光纤/多模光纤》

5 数值孔径（NA）

数值也径（Numerical Aperture）只有在某个角度范围内的入射光可以在光纤中传输。角度α的正弦值=数值孔径（NA = sinα）

6 光的散射

光通过不均匀介质时偏离原方向传播的现象会造成能量损失，称之为光的散射。

7 瑞利散射

瑞利散射（Rayleigh Scattering ）属于散射的一种情况，又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长的十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。

8 背向散射

背向散射（Backscatter）是指光纤中的光功率绝大部分为前向传播,但有很少部分朝发光器背向散射。在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线,从一端不仅能测量接入的均匀光纤的长度和衰减,而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。如OTDR正是利用背向散射原理。

9 菲涅尔反射

菲涅尔反射（Fresnel Reflection）是指当光入射到折射率不同的两个媒质分界面时，一部分光会被反射的现象。如果光在光纤中的传输路径为光纤—空气—光纤，由于光纤和空气的折射率不一样，将产生菲涅尔反射。

10 色度色散（CD）

色度色散（Chromatic dispersion）是由于光纤材料石英玻璃对不同光频的折射率不同，而光源具有一定的光谱宽度，不同的光频引起的群速率也不同，从而造成了光脉冲的展宽。它包括：材料色散和波导色散。

可参考：《相速度和群速度：色散》、《波分系统中的色度色散CD》

（1）材料色散

材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。

（2）波导色散

对于光纤的某一传输模式，在不同的光频下的群速度不同引起的脉冲展宽。它与光纤结构的波导效应有关，因此也被成为结构色散。

11 光纤的折射率

可参考文章：《阶跃光纤/渐变光纤》

12 模场直径（MFD）

模场直径（Mode Field Diameter）是用来表征在单模光纤的纤芯区域基模光的分布状态。基模在纤芯区域轴心线处光强最大,并随着偏离轴心线的距离增大而逐渐减弱。一般将模场直径定义为光强降低到轴心线处最大光强的1/(e^2)的各点中两点最大距离。

可参考文章：《光纤通信：模场直径和截止波长是什么？》

13 光纤衰减

光纤损耗（Optical Attenuation）所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近，因此，了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现实意义。

光纤弯曲损耗

光纤对弯曲非常敏感，如果弯曲半径 <20x 外径，大部分光都会从涂层溢出。两种弯曲都会发生光损耗：Macrobend（宏弯） 和Microbend（微弯）。

Macrobend

当Macrobend弯曲被纠正，可以得到恢复。

Microbend

Microbend无法恢复，比如由线缆捆扎过紧造成。

14 光纤的熔接

15 光纤连接器

光纤适配器

光纤接头的截面分为PC、UPC、APC。

16 耦合器（Coupler）

光纤耦合器将光信号从一条光纤中分至多条光纤中的无源光器件。