光纤通信原理
迄今为止讨论的数字通信技术推动了光通信和卫星通信研究的进步。让我们来看看它们。
光纤
光纤可以理解为一种介电波导，它在光频率下工作。如果弯曲或终止以辐射能量，则通常称为波导。下图描绘了一堆光纤电缆。
电磁能量以光的形式穿过它。光沿波导的传播可以用一组引导的电磁波来描述，这些电磁波称为波导的模式。
工作原理
在研究光纤时，应该了解的一个基本光学参数是折射率。根据定义，"真空中的光速与物质中的光速之比是材料的折射率n。"它表示为 −
$$n = \frac{c}{v}$$
其中，
c = 自由空间中的光速 = 3 × 108 m/s
v = 光在介电或非导电材料中的速度
通常，对于传播的光线，当 n2 < n1 时，会发生反射。光线在界面处的弯曲是由于两种具有不同折射率的材料中光速的差异造成的。界面处这些角度之间的关系可以称为斯涅尔定律。它表示为 −
$$n_1sin\phi _1 = n_2sin\phi _2$$
其中，
$\phi _1$ 为入射角
$\phi _2$ 为折射角
n1 和 n2 为两种材料的折射率
对于光学致密材料，如果反射发生在同一材料内，则这种现象称为内反射。入射角和折射角如下图所示。
如果入射角 $\phi _1$ 大得多，则某一点的折射角 $\phi _2$ 变为 Π/2 。在此点之后不可能再发生折射。因此，这样的点称为临界角 $\phi _c$。当入射角 $\phi _1$ 大于临界角时，满足全内反射的条件。
下图清楚地显示了这些术语。
如果一束光线进入玻璃，在这种情况下，它会被完全反射回玻璃，没有光线从玻璃表面逸出。
光纤的组成部分
最常用的光纤是半径为a、折射率为 n1的单个实心双电介质圆柱体。下图解释了光纤的各个部分。
这个圆柱体被称为光纤的芯。一种固体介电材料围绕着芯，被称为包层。包层的折射率为 n2，小于 n1。
包层有助于 −
- 减少散射损耗。
- 增加光纤的机械强度。
- 保护纤芯不吸收不需要的表面污染物。
光纤类型
根据纤芯的材料成分，通常使用两种类型的光纤。它们是 −
阶跃折射率光纤 − 纤芯的折射率始终均匀，并在包层边界处发生突然变化（或阶跃）。
渐变折射率光纤 −纤芯折射率随光纤中心径向距离的变化而变化。
这两者进一步分为 −
单模光纤 − 这些是用激光激发的。
多模光纤 − 这些是用 LED 激发的。
光纤通信
通过研究光纤通信系统的部件和部分，可以很好地理解它。光纤通信系统的主要元素如下图所示。
基本组件是光信号发射器、光纤和光检测接收器。采用光纤和电缆接合器和连接器、再生器、分束器和光放大器等附加元件来提高通信系统的性能。
功能优势
光纤的功能优势包括 −
光纤电缆的传输带宽高于金属电缆。
光纤电缆的数据传输量更高。
功率损耗非常低，因此有助于长距离传输。
光纤电缆提供高安全性，无法窃听。
光纤电缆是数据传输最安全的方式。
光纤电缆不受电磁干扰。
这些不受电噪声的影响。
物理优势
光纤电缆的物理优势是−
这些电缆的容量比铜线高得多电缆。
虽然容量更高，但电缆尺寸不会像铜线布线系统那样增加。
这些电缆占用的空间要小得多。
这些 FOC 电缆的重量比铜电缆轻得多。
由于这些电缆是介电的，因此不存在火花危险。
这些电缆比铜电缆更耐腐蚀，因为它们容易弯曲并且具有柔韧性。
制造光纤电缆的原材料是玻璃，比铜便宜。
光纤电缆比铜电缆使用寿命更长。
缺点
虽然光纤具有许多优点，但它们具有以下缺点缺点 −
虽然光纤电缆使用寿命更长，但安装成本较高。
中继器的数量应随距离增加。
如果没有塑料护套，它们会很脆弱。因此，需要比铜线更多的保护。
光纤的应用
光纤有许多应用。其中一些如下 −
用于电话系统
用于海底电缆网络
用于计算机网络、CATV 系统的数据链路
用于 CCTV 监控摄像头
用于连接消防、警察和其他紧急服务。
用于医院、学校和交通管理系统。
它们有许多工业用途，也用于重型建筑。
