看动图，读懂光纤通信背后的原理！

光纤通信因其通信容量大、传输距离远，已经是现代通信的主要支柱之一。下面将有一大波动图，让你简单直观的了解光纤通信背后的原理。

1 电磁波谱

光纤通信的工作波长位于近红外区。

分为如下几个波段：O波段、E波段、S波段、C波段、L波段和U波段，如下图：

可参考文章：《认识光》2 光纤结构

裸纤一般分为纤芯（core）、包层（cladding）、涂敷层

可参考文章：《光纤的结构》

3 光纤的全反射

4 单模光纤与多模光纤

外径一般约125um，单模的内径 9um

外径一般约125um，多模的内径50/62.5um

可参考文章：《单模光纤/多模光纤》

5 数值孔径（NA）数值也径（Numerical Aperture）只有在某个角度范围内的入射光可以在光纤中传输。角度α的正弦值=数值孔径（NA = sinα）

6 光的散射光通过不均匀介质时偏离原方向传播的现象会造成能量损失，称之为光的散射。

7 瑞利散射瑞利散射（Rayleigh Scattering ）属于散射的一种情况，又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长的十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。

8 背向散射

背向散射（Backscatter）是指光纤中的光功率绝大部分为前向传播,但有很少部分朝发光器背向散射。在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线,从一端不仅能测量接入的均匀光纤的长度和衰减,而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。如OTDR正是利用背向散射原理。

9 菲涅尔反射

菲涅尔反射（Fresnel Reflection）是指当光入射到折射率不同的两个媒质分界面时，一部分光会被反射的现象。如果光在光纤中的传输路径为光纤—空气—光纤，由于光纤和空气的折射率不一样，将产生菲涅尔反射。

10 色度色散（CD）色度色散（Chromatic dispersion）是由于光纤材料石英玻璃对不同光频的折射率不同，而光源具有一定的光谱宽度，不同的光频引起的群速率也不同，从而造成了光脉冲的展宽。它包括：材料色散和波导色散。

可参考：《相速度和群速度：色散》、《波分系统中的色度色散CD》

（1）材料色散材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。

（2）波导色散对于光纤的某一传输模式，在不同的光频下的群速度不同引起的脉冲展宽。它与光纤结构的波导效应有关，因此也被成为结构色散。

11 光纤的折射率

可参考文章：《阶跃光纤/渐变光纤》12 模场直径（MFD）模场直径（Mode Field Diameter）是用来表征在单模光纤的纤芯区域基模光的分布状态。基模在纤芯区域轴心线处光强最大,并随着偏离轴心线的距离增大而逐渐减弱。一般将模场直径定义为光强降低到轴心线处最大光强的1/(e^2)的各点中两点最大距离。