解析光纖通信對(duì)于全反射原理的應(yīng)用

應(yīng)德芳

（太平灣發(fā)電廠，遼寧 丹東 118000）

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，極大地促進(jìn)了通信領(lǐng)域的發(fā)展。利用通信技術(shù)，不同地區(qū)的人們可以進(jìn)行交流，我國(guó)受到特殊歷史因素的影響，經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的時(shí)間較短，在通信這種先進(jìn)的科學(xué)領(lǐng)域，與一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大的差距，雖然我國(guó)的網(wǎng)民數(shù)量超過(guò)了6億，但是網(wǎng)絡(luò)帶寬還沒(méi)有達(dá)到世界平均水平。在通信產(chǎn)業(yè)中，網(wǎng)絡(luò)通信的帶寬，能夠在很大程度上影響通信的效率。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，人們采用同軸電纜作為遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拿浇?，但是電信?hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，損耗比較嚴(yán)重，傳輸?shù)男时容^低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，在光纜中進(jìn)行實(shí)際的傳輸，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸?shù)男省?/p>

1 光纖通信簡(jiǎn)述

1.1 光纖通信的概念

光纖通信是隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)的一種先進(jìn)的信號(hào)傳輸媒介。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，受到其性能和體積上的限制，并沒(méi)有出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的概念，但是隨著晶體管和集成電路的使用，計(jì)算機(jī)的性能有了極大的提高，能夠執(zhí)行的任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜，能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)越來(lái)越多。在這種背景下，如何在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，成為了很多專家和學(xué)者研究的問(wèn)題。人們利用雙絞線和同軸電纜，將不同的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的傳輸協(xié)議，使得計(jì)算機(jī)可以隨意進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)還能夠協(xié)同進(jìn)行工作。但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，同軸電纜的通信方式，信號(hào)的傳輸效率很低，網(wǎng)絡(luò)帶寬無(wú)法達(dá)到兆的級(jí)別，在很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量越來(lái)越多，這種傳統(tǒng)的通信方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，每個(gè)用戶能夠使用的帶寬越來(lái)越低，要想很好地解決這個(gè)問(wèn)題，必須對(duì)通信技術(shù)進(jìn)行完善，利用先進(jìn)的傳輸媒介，提高實(shí)際的傳輸效率。光纖就是在這種背景下出現(xiàn)的，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，這樣就可以減少傳輸中信號(hào)的損耗。因此,光纖通信開(kāi)始有了較好的發(fā)展，并且給信息通信領(lǐng)域帶來(lái)一定的希望。掌握光纖通信的概念，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于光纖通信的良好運(yùn)用，并提高信息通信領(lǐng)域的通信效率等問(wèn)題。

1.2 光纖通信的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)同軸電纜的通信方式相比，光纖可以明顯提高傳輸?shù)男?，由于利用光的反射原理進(jìn)行信號(hào)的傳輸，因此對(duì)光纖的制作工藝有更高的要求。光纖為了使內(nèi)部的光可以不斷地反射傳播，除了外部的保護(hù)層外，內(nèi)部也分成內(nèi)層和外層，其中外層的折射率要高于內(nèi)層，這樣光信號(hào)才可以沿著線纜傳輸。從生產(chǎn)材料上來(lái)看，光纖的材料也比較復(fù)雜，其主要材料是玻璃纖維，目前市面上的光纖，通常采用石英作為材料，通過(guò)添加鍺、磷等稀有元素，調(diào)節(jié)這些介質(zhì)的折射率。采用波長(zhǎng)與紅外線相近的光，就可以沿著介質(zhì)傳輸，光纖生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的要求非?？量?，只有這樣才能夠保證光纖通信的順暢。由此可以看出，光纖通信具有鮮明的特點(diǎn)，雖然具有較高的生產(chǎn)成本，但是對(duì)于信號(hào)傳輸效率的提升，要高出同軸電纜更多，因此在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，如果可以采用光纖作為傳輸媒介，鋪設(shè)一根光纖就可以起到多根同軸電纜的效果，而且總的成本要比多根同軸電纜低。

2 光纖通信的原理分析

2.1 光的全反射

隨著通信領(lǐng)域的發(fā)展，傳統(tǒng)的電信號(hào)傳輸方式，已經(jīng)無(wú)法滿足用戶的需要，尤其是隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)上的內(nèi)容越來(lái)越多，如高清視頻等，這些數(shù)據(jù)的傳輸占用了大量的帶寬。傳統(tǒng)的同軸電纜等無(wú)法提供這樣的帶寬，在這種背景下，要想滿足網(wǎng)絡(luò)用戶日益增長(zhǎng)的需要，必須采用更先進(jìn)的傳輸方式。在上世紀(jì)60年代，就有學(xué)者提出了光纖可以作為傳輸?shù)拿浇?，并從理論上證明了光纖通信的可行性，但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，無(wú)法制造出光纖，因此這個(gè)理論沒(méi)有得到人們的重視。隨著科技的發(fā)展，以及通信領(lǐng)域的實(shí)際需要，人們意識(shí)到了低功耗光纖的重要性。到了上世紀(jì)90年代，光纖已經(jīng)開(kāi)始在實(shí)際通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中使用，而實(shí)現(xiàn)光纖通信全反射原理的研究人員，也在2009年被評(píng)為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。由此可以看出，光纖通信主要就是利用光的全反射原理，使得光可以在光纖中不停的反射，直到光纖的盡頭，如果加入特定的頻率信號(hào)，光纖就可以成為信號(hào)傳輸?shù)拿浇?。這是現(xiàn)在光纖的主要傳輸方式，考慮到光纖對(duì)于現(xiàn)代通信的重要性，我國(guó)非常重視光纖的研究，在上世紀(jì)70年代末期，我國(guó)的第一根光纖誕生。

2.2 光纖的種類

目前通信可以分成很多種，根據(jù)實(shí)際通信的需要不同，光纖的生產(chǎn)原料也會(huì)不同，使得光纖傳輸?shù)男阅?，?huì)有一定的差異。如目前最常見(jiàn)的是石英光纖，由于這種光纖的功耗較低，而且具有較大的帶寬，在遠(yuǎn)距離通信中使用較多。另外，紅外光纖是一種根據(jù)紅外光設(shè)計(jì)的光纖，有效的傳輸距離很短，在醫(yī)學(xué)的溫度、熱像等領(lǐng)域中，具有非常重要的應(yīng)用。塑料光纖是近些年逐漸被人們重視的一種，其主要的材料是聚合物，出現(xiàn)的時(shí)間比較早，當(dāng)時(shí)主要用于照明和裝飾等。隨著網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域中的光纖基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在實(shí)際的施工過(guò)程中，如果遇到一些障礙物，就需要光纖能夠彎曲，雖然傳統(tǒng)的石英光纖也能夠彎曲工作，但彎曲的程度受到很大的限制，而塑料光纖就可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。隨著通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于光纖的需求也在發(fā)生變化，光纖在基本的纖維原料基礎(chǔ)上，添加一些其他的物質(zhì)，可以很好地改變自身的折射率，從而調(diào)整光信號(hào)傳輸?shù)那闆r，這樣就能夠滿足實(shí)際的需要。由此可以看出，光纖具有靈活多變的特點(diǎn)，目前市面上還有復(fù)合光纖、塑包光纖等。

3 光纖通信對(duì)于全反射原理的應(yīng)用

3.1 全反射原理的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在的科學(xué)研究中，通常把光作為一種電磁波，波長(zhǎng)介于三百九十到七百六十納米之間的是可見(jiàn)光。光在實(shí)際的傳播中，需要相應(yīng)的介質(zhì)，而且在不同的介質(zhì)中，光的傳播速度存在較大的差異。光從一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，會(huì)同時(shí)發(fā)生反射和折射的現(xiàn)象，如果光傳到介質(zhì)的角度到某個(gè)角度時(shí)，光會(huì)都反射回來(lái)，出現(xiàn)全反射的現(xiàn)象。光纖就是建立在這個(gè)原理之上，首先選擇傳播速度較快的纖維作為介質(zhì)，然后采用雙層的方式，使光可以在兩層之間發(fā)生全反射，這樣光就能夠在光纜中無(wú)限的全反射，直到光纜的另一端。由此可以看出，全反射原理的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，在實(shí)際的光纜中傳播，就是不斷重復(fù)全反射的過(guò)程。由于介質(zhì)沒(méi)有變化，因此光信號(hào)在實(shí)際的傳輸中，自身的損耗非常低，而且傳輸中主要依靠光自身來(lái)進(jìn)行，對(duì)外界能量的需求很小，使得光纖傳輸?shù)墓暮艿停c傳統(tǒng)的同軸電纜相比，具有非常大的優(yōu)勢(shì)。目前通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，大多會(huì)采用光纖作為傳輸?shù)拿浇椤?/p>

3.2 全反射原理的應(yīng)用

要想將光的全反射原理應(yīng)用到實(shí)際的光纖通信中，首先要進(jìn)行電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的光信號(hào)后，需要利用發(fā)光二極管等裝置，將光發(fā)射到光纖中。在實(shí)際的發(fā)射過(guò)程中，應(yīng)該注意發(fā)射的角度，由于不同光纖的性能存在一定的差異，必須根據(jù)光纖的實(shí)際情況，將入射光與光纖端面形成一定的角度，光信號(hào)才會(huì)全部被光纖傳輸。在光纖光纜施工中，還要考慮到光纜對(duì)接的問(wèn)題，要想最大程度上保證光纖傳輸?shù)男Ч詈貌捎猛夜旧a(chǎn)的同種型號(hào)光纜。要想接收到傳輸?shù)墓庑盘?hào)，在接收端用特定的光敏元件，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，然后利用相應(yīng)的裝置，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行還原處理。由此可以看出，光的全反射原理的應(yīng)用，主要是在光信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中。經(jīng)過(guò)了多年的研究，現(xiàn)在光纖通信技術(shù)已經(jīng)非常成熟，人們根據(jù)發(fā)生全反射角度的不同，通過(guò)改變光纖生產(chǎn)的原料，調(diào)整光纖的折射率，這樣就可以改變光信號(hào)傳輸?shù)那闆r，以此來(lái)滿足不同通信領(lǐng)域的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)全文的分析可以知道，現(xiàn)代通信領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)通信傳輸媒介提供了更高的要求。傳統(tǒng)的同軸電纜等傳輸介質(zhì)，已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際的需要，而光纖通信技術(shù)的出現(xiàn)，剛好可以解決這個(gè)問(wèn)題，由于其功耗較低、傳輸?shù)膸捿^大，非常受到人們的重視。我國(guó)意識(shí)到了光纖的重要性，從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，就對(duì)光纖通信技術(shù)進(jìn)行研究，現(xiàn)在我國(guó)光纖的年產(chǎn)量，已經(jīng)達(dá)到2億芯公里左右。光纖通信是在全反射原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，相信隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于全反射原理應(yīng)用的會(huì)越來(lái)越好。

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