光纖，完整名稱叫做光導纖維，英文名是OPTIC FIBER。

它是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。

光纖的主要用途，是通信。目前通信用的光纖，基本上是石英系光纖，其主要成分是高純度石英玻璃，即二氧化硅(SiO2) 。

光纖通信系統，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，以達到通信的目的。

▎光纖通信的發展歷史

1880年，亞歷山大·貝爾Alexander Graham Bell發明了“光話機”。

1887年，英國科學家Charles Vernon Boys在實驗室里拉出了第一條光纖。

1938年，美國Owens Illinois Glass公司與日本日東紡績公司開始生產玻璃長纖維。

1951年，光物理學家Brian O’Brian提出了包層的概念。

1956年，密歇根大學的一位學生制作了第一個玻璃包層光纖，他用一個折射率低的玻璃管熔化到高折射率的玻璃棒上。

1960年，Theodore Maiman 向人們展示了第一臺激光器。這燃起了人們對光通信的興趣，激光看起來是很有前途的通信方式，可以解決傳輸帶寬問題，很多實驗室開始了實驗。

1966年，英籍華裔學者高錕指出了利用光纖進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信——光纖通信的基礎。

1970 年，美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/km的石英光纖。

1973 年，美國貝爾(Bell)實驗室取得了更大成績，光纖損耗降低到2.5dB/km。

1976 年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長1.2μm)。

▎光纖通信的特點

• 通信容量巨大

從理論上講，一根光纖可以同時傳輸100億個話路，目前同時傳輸50萬個話路的試驗已經成功，比傳統同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍。

• 中繼距離長

光纖具有極低的衰耗系數，配以適當的光發送、光接收設備、光放大器、前向糾錯與RZ編碼調制技術等，可使其中繼距離達數千公里以上，而傳統電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無法與之相比擬。

• 保密性能好
• 適應能力強

具有不怕外界強電磁場的干擾、耐腐蝕等優點

• 體積小、重量輕
• 原材料來源豐富、價格低廉

▎光纖的構造

光纖的典型結構是 多層同軸圓柱體 ，主要由 纖芯 、 包層 、涂覆層組成。

• 纖芯

位于光纖的中心部位，成分為高純度的二氧化硅，摻有極少量摻雜劑。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內傳輸。

• 包層

位于纖芯的周圍，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機械保護作用。

• 涂覆層

光纖的最外層，由丙烯酸酯、硅橡膠和尼龍組成。涂覆層保護光纖不受水汽的侵蝕和機械擦傷。

▎光纖的工作原理

• 全反射原理

若使光束從光密媒質射向光疏媒質時，則折射角大于入射角，如圖所示。

如果不斷增大θ0可使折射角θ1達到90°, 這時的θ1稱為臨界角。

當光線從光密媒質射向光疏媒質, 且入射角大于臨界角時, 就會產生全反射現象。

光纖就是利用這種全反射來傳輸光信號的。

▎光纖的色散

• 光纖色散的原因

在光纖中，光信號是由很多不同的成分組成的，由于信號的各頻率成分或各模式成分的傳播速度不同，經過光纖傳輸一段距離后，不同成分之間出現時延差，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬，這種現象稱為光纖色散。

• 光纖色散的影響

光纖色散的存在使傳輸的信號脈沖畸變和展寬，從而產生碼間干擾。為了保證通信質量，必須增大碼間間隔，即降低信號的傳輸速率，這就限制了光纖系統的通信容量和傳輸距離。

• 光纖色散的分類

按照色散產生的原因，光纖色散可分為模式色散，材料色散、波導色散和極化色散。

▎光纖的電磁波頻譜

▎光纖的損耗

光纖的損耗是指：光信號經光纖傳輸后，由于吸收、散射等原因引起光功率的減小。

光纖損耗的分類

普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖