解析光纖通信對于全反射原理的應用

應德芳

（太平灣發電廠，遼寧 丹東 118000）

隨著互聯網的普及應用，極大地促進了通信領域的發展。利用通信技術，不同地區的人們可以進行交流，我國受到特殊歷史因素的影響，經濟和科技發展的時間較短，在通信這種先進的科學領域，與一些西方發達國家相比還存在較大的差距，雖然我國的網民數量超過了6億，但是網絡帶寬還沒有達到世界平均水平。在通信產業中，網絡通信的帶寬，能夠在很大程度上影響通信的效率。在網絡發展的初期，人們采用同軸電纜作為遠距離傳輸的媒介，但是電信號在傳輸的過程中，損耗比較嚴重，傳輸的效率比較低。為了解決這個問題，人們將電信號轉換成光信號，在光纜中進行實際的傳輸，極大地提高了網絡帶寬和傳輸的效率。

1 光纖通信簡述

1.1 光纖通信的概念

光纖通信是隨著網絡的發展，出現的一種先進的信號傳輸媒介。在計算機出現的早期，受到其性能和體積上的限制，并沒有出現網絡的概念，但是隨著晶體管和集成電路的使用，計算機的性能有了極大的提高，能夠執行的任務越來越復雜，能夠存儲的數據越來越多。在這種背景下，如何在兩臺計算機之間進行數據的傳輸，成為了很多專家和學者研究的問題。人們利用雙絞線和同軸電纜，將不同的計算機連接起來，設計了相應的傳輸協議，使得計算機可以隨意進行數據的傳輸，同時還能夠協同進行工作。但是受到當時技術水平的限制，同軸電纜的通信方式，信號的傳輸效率很低，網絡帶寬無法達到兆的級別，在很大程度上限制了網絡技術的發展。隨著網絡用戶的數量越來越多，這種傳統的通信方式已經無法滿足實際應用的需要，每個用戶能夠使用的帶寬越來越低，要想很好地解決這個問題，必須對通信技術進行完善，利用先進的傳輸媒介，提高實際的傳輸效率。光纖就是在這種背景下出現的，將電信號轉換成光信號，這樣就可以減少傳輸中信號的損耗。因此,光纖通信開始有了較好的發展，并且給信息通信領域帶來一定的希望。掌握光纖通信的概念，可以實現對于光纖通信的良好運用，并提高信息通信領域的通信效率等問題。

1.2 光纖通信的特點

與傳統同軸電纜的通信方式相比，光纖可以明顯提高傳輸的效率，由于利用光的反射原理進行信號的傳輸，因此對光纖的制作工藝有更高的要求。光纖為了使內部的光可以不斷地反射傳播，除了外部的保護層外，內部也分成內層和外層，其中外層的折射率要高于內層，這樣光信號才可以沿著線纜傳輸。從生產材料上來看，光纖的材料也比較復雜，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，通過添加鍺、磷等稀有元素，調節這些介質的折射率。采用波長與紅外線相近的光，就可以沿著介質傳輸，光纖生產對環境的要求非常苛刻，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，雖然具有較高的生產成本，但是對于信號傳輸效率的提升，要高出同軸電纜更多，因此在實際的網絡基礎設施建設中，如果可以采用光纖作為傳輸媒介，鋪設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

隨著通信領域的發展，傳統的電信號傳輸方式，已經無法滿足用戶的需要，尤其是隨著互聯網的普及應用，網絡上的內容越來越多，如高清視頻等，這些數據的傳輸占用了大量的帶寬。傳統的同軸電纜等無法提供這樣的帶寬，在這種背景下，要想滿足網絡用戶日益增長的需要，必須采用更先進的傳輸方式。在上世紀60年代，就有學者提出了光纖可以作為傳輸的媒介，并從理論上證明了光纖通信的可行性，但是受到當時技術水平的限制，無法制造出光纖，因此這個理論沒有得到人們的重視。隨著科技的發展，以及通信領域的實際需要，人們意識到了低功耗光纖的重要性。到了上世紀90年代，光纖已經開始在實際通信基礎設施建設中使用，而實現光纖通信全反射原理的研究人員，也在2009年被評為諾貝爾物理學獎。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，光纖就可以成為信號傳輸的媒介。這是現在光纖的主要傳輸方式，考慮到光纖對于現代通信的重要性，我國非常重視光纖的研究，在上世紀70年代末期，我國的第一根光纖誕生。

2.2 光纖的種類

目前通信可以分成很多種，根據實際通信的需要不同，光纖的生產原料也會不同，使得光纖傳輸的性能，會有一定的差異。如目前最常見的是石英光纖，由于這種光纖的功耗較低，而且具有較大的帶寬，在遠距離通信中使用較多。另外，紅外光纖是一種根據紅外光設計的光纖，有效的傳輸距離很短，在醫學的溫度、熱像等領域中，具有非常重要的應用。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，出現的時間比較早，當時主要用于照明和裝飾等。隨著網絡通信領域中的光纖基礎設施建設，在實際的施工過程中，如果遇到一些障礙物，就需要光纖能夠彎曲，雖然傳統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問題。隨著通信產業的發展，對于光纖的需求也在發生變化，光纖在基本的纖維原料基礎上，添加一些其他的物質，可以很好地改變自身的折射率，從而調整光信號傳輸的情況，這樣就能夠滿足實際的需要。由此可以看出，光纖具有靈活多變的特點，目前市面上還有復合光纖、塑包光纖等。

3 光纖通信對于全反射原理的應用

3.1 全反射原理的實現

現在的科學研究中，通常把光作為一種電磁波，波長介于三百九十到七百六十納米之間的是可見光。光在實際的傳播中，需要相應的介質，而且在不同的介質中，光的傳播速度存在較大的差異。光從一種介質傳到另一種介質時，會同時發生反射和折射的現象，如果光傳到介質的角度到某個角度時，光會都反射回來，出現全反射的現象。光纖就是建立在這個原理之上，首先選擇傳播速度較快的纖維作為介質，然后采用雙層的方式，使光可以在兩層之間發生全反射，這樣光就能夠在光纜中無限的全反射，直到光纜的另一端。由此可以看出，全反射原理的實現比較簡單，在實際的光纜中傳播，就是不斷重復全反射的過程。由于介質沒有變化，因此光信號在實際的傳輸中，自身的損耗非常低，而且傳輸中主要依靠光自身來進行，對外界能量的需求很小，使得光纖傳輸的功耗很低，與傳統的同軸電纜相比，具有非常大的優勢。目前通信基礎設施建設中，大多會采用光纖作為傳輸的媒介。

3.2 全反射原理的應用

要想將光的全反射原理應用到實際的光纖通信中，首先要進行電信號到光信號的轉換，得到相應的光信號后，需要利用發光二極管等裝置，將光發射到光纖中。在實際的發射過程中，應該注意發射的角度，由于不同光纖的性能存在一定的差異，必須根據光纖的實際情況，將入射光與光纖端面形成一定的角度，光信號才會全部被光纖傳輸。在光纖光纜施工中，還要考慮到光纜對接的問題，要想最大程度上保證光纖傳輸的效果，最好采用同家公司生產的同種型號光纜。要想接收到傳輸的光信號，在接收端用特定的光敏元件，對光信號進行檢測，然后利用相應的裝置，對光信號進行還原處理。由此可以看出，光的全反射原理的應用，主要是在光信號傳輸的過程中。經過了多年的研究，現在光纖通信技術已經非常成熟，人們根據發生全反射角度的不同，通過改變光纖生產的原料，調整光纖的折射率，這樣就可以改變光信號傳輸的情況，以此來滿足不同通信領域的需要。

4 結語

通過全文的分析可以知道，現代通信領域的發展，對通信傳輸媒介提供了更高的要求。傳統的同軸電纜等傳輸介質，已經無法滿足實際的需要，而光纖通信技術的出現，剛好可以解決這個問題，由于其功耗較低、傳輸的帶寬較大，非常受到人們的重視。我國意識到了光纖的重要性，從上世紀八十年代開始，就對光纖通信技術進行研究，現在我國光纖的年產量，已經達到2億芯公里左右。光纖通信是在全反射原理的基礎上實現的，相信隨著光纖通信技術的發展，對于全反射原理應用的會越來越好。

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