光纤上信息转换和传输的原理

用于长距离信息传输的现代通信线路通常只是光线路，因为这种技术的效率相当高，多年来它已经成功地证明了这一点，例如，作为提供互联网宽带接入的一种手段.

光纤本身由玻璃芯组成，玻璃芯被折射率低于芯的护套包围。负责沿线路传输信息的光束沿光纤的纤芯传播，在其途中从包层反射，因此不会离开传输线。

波束形成光源通常是 二极管或半导体激光器，而光纤本身，根据纤芯直径和折射率分布，可以是单模或多模。

通信线路中的光纤优于电子通信方式，可以实现数字数据的远距离高速无损传输。

原则上，光线路可以形成一个独立的网络或用于联合现有的网络——在光纤层面物理上或逻辑上——在数据传输协议层面联合的光纤高速公路部分。

光线路上的数据传输速度可以每秒数百吉比特来衡量，例如 10 Gbit 以太网标准，它已在现代电信结构中使用多年。

光纤的发明年被认为是 1970 年，当时康宁公司的科学家 Peter Schultz、Donald Keck 和 Robert Maurer 发明了一种低损耗光纤，开辟了复制电缆系统以传输电话信号的可能性不使用中继器。开发人员创造了一种电线，可以让您在距信号源 1 公里的距离处节省 1% 的光信号功率。

这是技术的转折点。线路最初设计用于同时传输数百个相位的光，后来开发出具有更高性能的单相光纤，能够在更长的距离内保持信号完整性。自 1983 年至今，单相零偏移光纤一直是最抢手的光纤类型。

要通过光纤传输数据，信号必须首先从电信号转换为光信号，然后沿着线路传输，然后在接收器处转换回电信号。整个设备称为收发器，不仅包括光学元件，还包括电子元件。

因此，光线路的第一个元件是光发射器。它将一系列电数据转换为光流。发射器包括：带同步脉冲合成器的并串转换器、驱动器和光信号源。

光信号源可以是激光二极管或 LED。传统的 LED 不用于电信系统。激光二极管直接调制的偏置电流和调制电流由激光驱动器提供，然后光通过光连接器进入光纤 光缆.

在线路的另一侧，信号和定时信号由光接收器（主要是光电二极管传感器）检测，在那里它们被转换为放大的电信号，然后重建传输信号。特别是，串行数据流可以转换为并行数据流。

前置放大器负责将来自光电二极管传感器的不对称电流转换成电压，供其后续放大并转换成差分信号。数据同步与恢复芯片从接收到的数据流中恢复出时钟信号及其时序。

时分多路复用器可实现高达 10 Gb/s 的数据传输速率。因此，今天对于通过光学系统传输数据的速度有以下标准：

波分复用和波分复用允许您在同一通道上发送多个复用数据流时进一步提高数据传输密度，但每个流都有自己的波长。

单模光纤的外芯直径相对较小，约为 8 微米。这种光纤允许特定频率的光束通过它传播，这与给定光纤的特性相对应。当光束单独移动时，模间色散问题消失，从而提高线路性能。

材料的密度分布可以是梯度的或阶梯状的。梯度分布可实现更高的吞吐量。单模技术比多模更薄、更贵，但它是目前电信使用的单模技术。

多模光纤允许多个不同角度的传输光束同时传播。纤芯直径通常为 50 或 62.5 µm，因此有利于光辐射的引入。收发器的价格低于单模收发器。

它是一种多模光纤，非常适用于小型家庭和局域网。模间色散现象被认为是多模光纤的主要缺点，因此，为了减少这种有害现象，专门研制了具有梯度折射率的光纤，使光线沿抛物线路径传播，光程差更小.不管怎样，单模技术的性能仍然更高。