简单认识光纤通信

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简单认识光纤通信

光纤通信，区别于光通信的概念，光纤通信属于光通信的一种。事实上以光作为传播媒介的415通信方式都能称为光通信，举一个略极端的例子，烽火狼烟。

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烽火狼烟其实是一个挺经典的空间光通信模型，空间光通信，就是说作为传播媒介的光是在空间中传播，区别于光纤通信的光纤中传播。从烽火狼烟说起，来看通信的三个主要节点，就是信号加载，信号传播，以及信号接收。烽火作为一种通信方式，它能表达的信量很少，它本身只能加载一个二进制数，0或者1，燃烧或者没有燃烧，信号的更新频率很慢。它的传播距离有限，需要大量的中间信号基站，任何一个出问题都可能导致通信误码。它的接收方式原始，需要人一直值守，传播时间有很多浪费在中间基站的加载信号（点火）环节。

以上虽然是一本正经的说了不少瞎话，主要是为了我开始说光纤通信铺垫一些重要的概念。光纤通信作为一个通信过程，它大的框架也不外乎三个过程，信号加载，信号传播和信号接收。在我的上一篇文章中讲了讲激光器，通常情况下，光纤通信需要使用的信号载体，就是中国创业激光，当然也有不使用激光的情况。在信号加载端，需要对产生的光进行调制，把需要传输的信号加载在光源出射的光上。

通常来说都是将电信号转化为光信号进行传播，因为电信号本身的调制技术都很成熟，电通信技术相比光纤通信的不足仅仅是在于传播速度和信容量不如光，不过不如的程度就非常恐怖了。电信号的到光信号的过程，分为直接调制和间接调制两种，直接调制就是在光源内部调制，激光器产生的光就是携带信号的，而间接调制指的是产生不携带信号的光之后再进行调制，举一个不恰当但是好理解的例子，如果信号就简单的加载为光的亮与灭的0，1信号，直接调制就是直接按照信号按光源开关，间接调制就是在光源外面放一个快门，按照信号内容按快门开关。当然光纤通信的信号加载不是这么简单，这只是便于理解的一个例子。

对于通信的信号加载端来说，他也就会有相应的技术要求。首先光源波长的选择就需要考虑，光纤通信过程中，信号的衰减是非常严重，计算衰英语名字减使用的单位都是dBm,传播过程中是呈数量级的衰减，这个在讨论传播过程的时候再细说，光源的选择需要选择尽可能衰减弱的波长，早期的光纤选择的波段在850nm，多用于多模光纤，短距离的传输，后来又发展了经典的1310和15日军师团50nm两个经典的光纤通信窗口，其中1310nm已经较成熟的应用在通信中，而1550nm波段的大规模应用则仍有技术障碍有待解决。

典型的多模光纤的纤芯直穿越种田文径在62.5μm，包层直径在125μm，恰好一倍的关系，而单模光纤纤芯则较细，直径网盘下载工具约在10μm

光纤的结构一般学的时候会说由两层构成，很容易让人联想到电缆的内外层结构，但是也有所不同。光纤的光能够在纤芯中传播还不跑出来，归因于有不同折射率的包层的存在，因为有一个折射率分界面因此造成了全反射，我这里说的是阶跃型的光纤，而对于连续型也就是折射率渐变的光纤，同样也是依靠全反射来保证光的传播在尽可能中心的位置。但是需要说明的是，光纤并非只能在纤芯中传播，某种情况下光纤的传播是存在包层模的，有些场景下包层模是可以加以利用的，甚至有些情况下有些信号光可以以倏逝波的形式传播。涂覆层用于保护光纤，在光纤熔接的时候，涂覆层都是要事先塑料外套。光纤由玻璃制成，通过制作一个大概接力棒大小的光纤预制棒，光纤的结构掺杂等都在制作预制棒时就提前完成，随后将预制棒拉长，拉长到非常夸张，单模光纤纤芯直径大约10微米。因lgbt此可想而知，完成的光纤手动拉拽是拉不断的，但是扭转的话可以轻易扭断。

学习光纤部分的时候，会接触到很多的性能特点和指标，这也是真正在学习光纤通信这门课的时候的难点。首先说模式，这个概念我认为真的非常复杂，大概是我的认识不到位，难者不会。我认为简单的理解这一概念，就是光在光纤里以什么样的姿势传播，更严谨的说，是指光在光纤各个界面上的强度分布规律。光纤分为多模光纤和单模光纤，对于多模光纤，光的传播姿势就多，那相应的光纤就要粗，让更多的姿势能够在光纤中传播，而对于更细的单模光纤，很多奇怪的姿势就很难在其中稳定传播。

光在光纤中传播会不可避免的产生衰减，这是这部分学习的性能指标中最容易理解的，但对于光纤通信早期发展来说，这个是最要命的。早期的光纤就像烽火台一样，随着距离传播衰减的非常厉害，中间需要建立很多的中转站，这也就注定了这一技术成本极高，当时是不具备普通家庭使用光纤技术的条件的，那个时代只能军用，后来一项重要的发明被提出EDFA（Erbium-doped Fiber Amplifier，掺饵光纤光放大）技术，就是用一个小东西西安结婚，代替了中转站的功能，在传播过程中将信号光放大，极大的减少了成本，这是让光纤技术民用成为可能的重大发明之一，发明这项技术的南安普顿大学，大连大学贴吧也成为了我袁帅们这个专业来说知名度非常高的学府。

光纤中的传播还存在色散，刚才说过的不论是850nm，还是1310nm和1550nm，都指的是光源的中心波长，并不是仅有一种波长的光，倒也不是不想只有一种波长的光，而是做不到真正的单波grpc长输出，多少都会有展宽，而且女王必下在一些应用场景下，这些展宽都是被需要的。既然光中包含不同的波长，那它们在用一种介质中传播速度就会有所不同，携带同一信号的光的不同波长或者频率成分，会在不同时间抵达接收端，对于接收而言，前后两个信号就有可能发生重叠，在解析的过程中就会产生误码，这当然是不希望发生，因此需要有一系列的措施用于补偿色散。首先可以从光源入手，单色性林俊杰绯闻更好的光源，它的色散自然也就弱一些，其次，可以利用色散补偿光纤，也就是负色散的光纤，信号光在正色散光纤中传播后再在算好距离的负色散光纤中传播即可抵消色散，另外还有方法利用一些光纤光栅，让不同波长的光在不同的距离发生发射，最终的目的都是让携带相同信的不同频率成分在尽可能的相同时间抵达接收端。在多模光纤中还存在一种色散，也就是模式色散，不同姿势的光传播的路径不同，其抵达时间自然也会有所不同，对于单模光纤就不需要考虑这一问题。

光纤的色度色散与色散补偿光纤。光纤中传播的光波长即便只有微小的差异，在长距离的传播过程中也会有明显的色散，需要相应的色散补偿使同一信号光的所有波长成分在尽可能的同一时间到达接收端。

光纤传播过程中，还会出现一种现象叫做非线性效应。对于非线性光学的知识，我是想单独来说，因此这里就一带而过。非线性效应可以简单的理解为，传播过程中，光变色了，也就是波长变了，当然这只是为了直观理解，事实上情保健酒况复杂的多。光纤通信中经典的非线性效应如受激拉曼散射，受激布里渊散射等，这些现象在一些场景下是不利影响，在特殊条件下又可以加以利用，这里不多做描述。

光纤的传播过程中也会用到很多的有源器件和无源器件，区别就在于是否需要电源，比如前面说的EDFA就是典型的有源器件，无源器件如光隔离器，可以理解为就是光的二极管，一个方向通光而反向不同光，还有WDM（Wavelength Division Multiplexing 波分复用），用于将不同波长的光组合或分离，提高通信系统携带信的能力。

从小的角度学习完了光纤传播的特征以及用到的一些设备，也就要从宏观的视角再来看它，这里也就提到了光纤通信网络，这里只提一个经典的东西。OADM（ Optical Add-Drop Multiplexer ，光分插复用），OADM的重点就在于Add和Drop，上传和下载，可以简单想象一路从你家门口通过的通信线路，线路上同时传输两路信，分别以1310nm和1550nm波长作为载波进行传播，其中1310nm搭载的信是发给你的，此时你就需要从下路上下载这个信，而你发出的信再以1310nm的载波放回通信线路上传播出去。OADM实现的核心就是WDM，基于WDM的技术还有很多，经典的还有DWDM（密集型波分复用技术），在光纤通信课程的学习中也会接触到。

WDM实现了在通信线路中的多路传播，可以说OA衣服发霉DM就是用于以通信线路搭建通信网络的核心技术之一，通过频繁的上传下载，使信能够按照需要调整传播的路径。

在光纤传输的终点，需要有一些器件将传播的光信号转化为电信号，目前来说光信号还不能直接应用。光到电的转化的核心原理就是光电效应，高中就已经接触过，只不过牵扯到应用，这个问题会更复杂，主要关于一些半导体的内容。大致原理就是当带有信的光子打在靶面上时，就会有相应的电子产生并信号电流，通过记录信号电流的变化也就得到的光子携带的信，那么这里需要考虑的问题就平头帅哥有很多。首先光电转换器件对于光信的灵敏度要求会比较高，以确保传播过程怎么学网络推广中衰减的信号光也能被正常的接收与调制，另外光电转换器件本身是可能产生噪声的，尤其对于弱光采集的情况下，噪声的抑制极为重要，除此之外，光电的转换本身也是光通信中的一个环节，它的速度快慢也会影响整个通信的效率。

总的来说，光纤通信这个课程研究的就是在三个节点（发射端、传播、接收端）用的诸多设备与之产生的相应问题，作为一门应用学科，它的内容很杂，内容之间的相关程度其实是比较低的，牵扯大量的基础理论学科，而在光纤通信的所有节点的所有部件产生的所有问题，都有可能单独成为研究的课题，甚至于在某个节点的改变，都可能衍生出完梦幻西游法宝属性全不同的技术领域。而且通常某些节点的改变，都会伴随牵一发而动全身的效果。比如微波光子学，可以简单概括为在传统光纤通信衍生出来的学科，相比原本的光纤通信，它在技术实现上伴随着大量的变化，从发射到传播再到接收都要在原技术上有所改变，甚至可以称作是完全不同的课程，同时它的应用也不再局限于光纤通信。再比如光纤传感技术，以应力传感为例，就是通过测量光纤携带的光信号在应力前后的变换来观测应力的技术，而相应的光纤、光源和光电转换器件就有完全不同的技术需求，这门技术本质上也是光纤通信技术的延伸，却也是一个完全独立于光纤通信技术的新的技术领域。

再次重申，我希望我的医保跨省转移科普文章面向的人群是一些非专业感兴趣的人，或者本科生要学即将接触课程，或者学完没学懂，甚至刚读研相关专业但是甚至对这些核心课程都缺乏入门级认识的人，可以定性的先了解一下，再在此基础上填充血肉去深度了解魔兽世界新手攻略或者进入科研工作，当然也欢迎专业的大佬来批评指正。同样如果反响好或者说如果有反响的话，我还会以这个标准再写更多光学方面各个课程科普入门级别的文章。

另外，文章发布前，小编找了专业人士校验，该专业人士表示可以以性命担保内容的准确性。这里诚挚欢迎各位大佬来取他性命。

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