光纖通訊原理
到目前為止討論的數字通訊技術促進了光通訊和衛星通訊研究的進步。讓我們來看看它們。
光纖
光纖可以理解為在光頻下工作的介電波導。一般來說，如果彎曲或終止輻射能量的器件或管子稱為波導。下圖顯示了一束光纖電纜。
電磁能量以光波的形式透過它傳播。沿波導的光傳播可以用一組導波電磁波來描述，稱為波導的模式。
工作原理
學習光纖時，應該瞭解一個基本的光學引數是折射率。根據定義，“真空中光速與物質中光速之比是材料的折射率 n。”它表示為：
$$n = \frac{c}{v}$$
其中，
c = 自由空間中的光速 = 3 × 108 m/s
v = 光在介電或非導電材料中的速度
通常，對於傳播的光線，當n2 < n1時發生反射。光線在介面的彎曲是由於具有不同折射率的兩種材料中光速差異的結果。介面處這些角度之間的關係可以稱為斯涅耳定律。它表示為：
$$n_1sin\phi _1 = n_2sin\phi _2$$
其中，
$\phi _1$ 是入射角
$\phi _2$ 是折射角
n1 和 n2 是兩種材料的折射率
對於光學密度材料，如果反射發生在同一材料內，則這種現象稱為全內反射。入射角和折射角在下圖中所示。
如果入射角 $\phi _1$ 很大，則某點的折射角 $\phi _2$ 變成 Π/2 。超過這一點，進一步的折射是不可能的。因此，這樣的點稱為臨界角 $\phi _c$。當入射角 $\phi _1$ 大於臨界角時，滿足全內反射的條件。
下圖清楚地顯示了這些術語。
如果光線在這種情況下進入玻璃，它將被完全反射回玻璃中，而沒有光從玻璃表面逸出。
光纖的組成部分
最常用的光纖是半徑為a、折射率為n1的單一實心介電圓柱體。下圖解釋了光纖的組成部分。
該圓柱體被稱為光纖的纖芯。圍繞纖芯的是一種實心介電材料，稱為包層。包層的折射率n2小於n1。
包層有助於：
- 減少散射損耗。
- 增加光纖的機械強度。
- 保護纖芯免受不需要的表面汙染物的吸收。
光纖型別
根據纖芯的材料組成，通常使用兩種型別的光纖。它們是：
階躍式光纖 - 纖芯的折射率在整個範圍內是均勻的，並在包層邊界處發生突變（或階躍）。
漸變式光纖 - 纖芯的折射率隨著光纖中心徑向距離的變化而變化。
這兩者又進一步細分為：
單模光纖 - 這些用雷射激發。
多模光纖 - 這些用LED激發。
光纖通訊
透過研究光纖的各個部分和章節，可以很好地理解光纖通訊系統。光纖通訊系統的主要元件如下圖所示。
基本元件是光訊號發射器、光纖和光電檢測接收器。還採用了光纖和電纜熔接器和聯結器、再生器、分束器和光放大器等附加元件來提高通訊系統的效能。
功能優勢
光纖的功能優勢包括：
光纖電纜的傳輸頻寬高於金屬電纜。
光纖電纜的資料傳輸量更大。
功率損耗非常低，因此有助於長距離傳輸。
光纖電纜提供高安全性，無法被竊聽。
光纖電纜是資料傳輸最安全的方式。
光纖電纜不受電磁干擾的影響。
它們不受電噪聲的影響。
物理優勢
光纖電纜的物理優勢包括：
這些電纜的容量遠高於銅線電纜。
雖然容量更高，但電纜的尺寸不會像銅線佈線系統那樣增加。
這些電纜佔用的空間要小得多。
這些光纖電纜的重量比銅線電纜輕得多。
由於這些電纜是介電的，因此不存在火花危險。
這些電纜比銅電纜更耐腐蝕，因為它們易於彎曲且靈活。
光纖電纜的原材料是玻璃，比銅便宜。
光纖電纜的使用壽命比銅電纜長。
缺點
儘管光纖具有許多優點，但它們也存在以下缺點：
雖然光纖電纜使用壽命更長，但安裝成本高。
隨著距離的增加，需要增加中繼器的數量。
如果未封閉在塑膠護套中，它們很脆弱。因此，比銅線需要更多的保護。
光纖的應用
光纖有很多應用。其中一些如下：
用於電話系統
用於海底電纜網路
用於計算機網路、有線電視系統的資料鏈路
用於閉路電視監控攝像頭
用於連線消防、警察和其他緊急服務。
用於醫院、學校和交通管理系統。
它們有許多工業用途，也用於重型建築。