解析光纤通信对于全反射原理的应用

应德芳

（太平湾发电厂，辽宁 丹东 118000）

随着互联网的普及应用，极大地促进了通信领域的发展。利用通信技术，不同地区的人们可以进行交流，我国受到特殊历史因素的影响，经济和科技发展的时间较短，在通信这种先进的科学领域，与一些西方发达国家相比还存在较大的差距，虽然我国的网民数量超过了6亿，但是网络带宽还没有达到世界平均水平。在通信产业中，网络通信的带宽，能够在很大程度上影响通信的效率。在网络发展的初期，人们采用同轴电缆作为远距离传输的媒介，但是电信号在传输的过程中，损耗比较严重，传输的效率比较低。为了解决这个问题，人们将电信号转换成光信号，在光缆中进行实际的传输，极大地提高了网络带宽和传输的效率。

1 光纤通信简述

1.1 光纤通信的概念

光纤通信是随着网络的发展，出现的一种先进的信号传输媒介。在计算机出现的早期，受到其性能和体积上的限制，并没有出现网络的概念，但是随着晶体管和集成电路的使用，计算机的性能有了极大的提高，能够执行的任务越来越复杂，能够存储的数据越来越多。在这种背景下，如何在两台计算机之间进行数据的传输，成为了很多专家和学者研究的问题。人们利用双绞线和同轴电缆，将不同的计算机连接起来，设计了相应的传输协议，使得计算机可以随意进行数据的传输，同时还能够协同进行工作。但是受到当时技术水平的限制，同轴电缆的通信方式，信号的传输效率很低，网络带宽无法达到兆的级别，在很大程度上限制了网络技术的发展。随着网络用户的数量越来越多，这种传统的通信方式已经无法满足实际应用的需要，每个用户能够使用的带宽越来越低，要想很好地解决这个问题，必须对通信技术进行完善，利用先进的传输媒介，提高实际的传输效率。光纤就是在这种背景下出现的，将电信号转换成光信号，这样就可以减少传输中信号的损耗。因此,光纤通信开始有了较好的发展，并且给信息通信领域带来一定的希望。掌握光纤通信的概念，可以实现对于光纤通信的良好运用，并提高信息通信领域的通信效率等问题。

1.2 光纤通信的特点

与传统同轴电缆的通信方式相比，光纤可以明显提高传输的效率，由于利用光的反射原理进行信号的传输，因此对光纤的制作工艺有更高的要求。光纤为了使内部的光可以不断地反射传播，除了外部的保护层外，内部也分成内层和外层，其中外层的折射率要高于内层，这样光信号才可以沿着线缆传输。从生产材料上来看，光纤的材料也比较复杂，其主要材料是玻璃纤维，目前市面上的光纤，通常采用石英作为材料，通过添加锗、磷等稀有元素，调节这些介质的折射率。采用波长与红外线相近的光，就可以沿着介质传输，光纤生产对环境的要求非常苛刻，只有这样才能够保证光纤通信的顺畅。由此可以看出，光纤通信具有鲜明的特点，虽然具有较高的生产成本，但是对于信号传输效率的提升，要高出同轴电缆更多，因此在实际的网络基础设施建设中，如果可以采用光纤作为传输媒介，铺设一根光纤就可以起到多根同轴电缆的效果，而且总的成本要比多根同轴电缆低。

2 光纤通信的原理分析

2.1 光的全反射

随着通信领域的发展，传统的电信号传输方式，已经无法满足用户的需要，尤其是随着互联网的普及应用，网络上的内容越来越多，如高清视频等，这些数据的传输占用了大量的带宽。传统的同轴电缆等无法提供这样的带宽，在这种背景下，要想满足网络用户日益增长的需要，必须采用更先进的传输方式。在上世纪60年代，就有学者提出了光纤可以作为传输的媒介，并从理论上证明了光纤通信的可行性，但是受到当时技术水平的限制，无法制造出光纤，因此这个理论没有得到人们的重视。随着科技的发展，以及通信领域的实际需要，人们意识到了低功耗光纤的重要性。到了上世纪90年代，光纤已经开始在实际通信基础设施建设中使用，而实现光纤通信全反射原理的研究人员，也在2009年被评为诺贝尔物理学奖。由此可以看出，光纤通信主要就是利用光的全反射原理，使得光可以在光纤中不停的反射，直到光纤的尽头，如果加入特定的频率信号，光纤就可以成为信号传输的媒介。这是现在光纤的主要传输方式，考虑到光纤对于现代通信的重要性，我国非常重视光纤的研究，在上世纪70年代末期，我国的第一根光纤诞生。

2.2 光纤的种类

目前通信可以分成很多种，根据实际通信的需要不同，光纤的生产原料也会不同，使得光纤传输的性能，会有一定的差异。如目前最常见的是石英光纤，由于这种光纤的功耗较低，而且具有较大的带宽，在远距离通信中使用较多。另外，红外光纤是一种根据红外光设计的光纤，有效的传输距离很短，在医学的温度、热像等领域中，具有非常重要的应用。塑料光纤是近些年逐渐被人们重视的一种，其主要的材料是聚合物，出现的时间比较早，当时主要用于照明和装饰等。随着网络通信领域中的光纤基础设施建设，在实际的施工过程中，如果遇到一些障碍物，就需要光纤能够弯曲，虽然传统的石英光纤也能够弯曲工作，但弯曲的程度受到很大的限制，而塑料光纤就可以很好的解决这个问题。随着通信产业的发展，对于光纤的需求也在发生变化，光纤在基本的纤维原料基础上，添加一些其他的物质，可以很好地改变自身的折射率，从而调整光信号传输的情况，这样就能够满足实际的需要。由此可以看出，光纤具有灵活多变的特点，目前市面上还有复合光纤、塑包光纤等。

3 光纤通信对于全反射原理的应用

3.1 全反射原理的实现

现在的科学研究中，通常把光作为一种电磁波，波长介于三百九十到七百六十纳米之间的是可见光。光在实际的传播中，需要相应的介质，而且在不同的介质中，光的传播速度存在较大的差异。光从一种介质传到另一种介质时，会同时发生反射和折射的现象，如果光传到介质的角度到某个角度时，光会都反射回来，出现全反射的现象。光纤就是建立在这个原理之上，首先选择传播速度较快的纤维作为介质，然后采用双层的方式，使光可以在两层之间发生全反射，这样光就能够在光缆中无限的全反射，直到光缆的另一端。由此可以看出，全反射原理的实现比较简单，在实际的光缆中传播，就是不断重复全反射的过程。由于介质没有变化，因此光信号在实际的传输中，自身的损耗非常低，而且传输中主要依靠光自身来进行，对外界能量的需求很小，使得光纤传输的功耗很低，与传统的同轴电缆相比，具有非常大的优势。目前通信基础设施建设中，大多会采用光纤作为传输的媒介。

3.2 全反射原理的应用

要想将光的全反射原理应用到实际的光纤通信中，首先要进行电信号到光信号的转换，得到相应的光信号后，需要利用发光二极管等装置，将光发射到光纤中。在实际的发射过程中，应该注意发射的角度，由于不同光纤的性能存在一定的差异，必须根据光纤的实际情况，将入射光与光纤端面形成一定的角度，光信号才会全部被光纤传输。在光纤光缆施工中，还要考虑到光缆对接的问题，要想最大程度上保证光纤传输的效果，最好采用同家公司生产的同种型号光缆。要想接收到传输的光信号，在接收端用特定的光敏元件，对光信号进行检测，然后利用相应的装置，对光信号进行还原处理。由此可以看出，光的全反射原理的应用，主要是在光信号传输的过程中。经过了多年的研究，现在光纤通信技术已经非常成熟，人们根据发生全反射角度的不同，通过改变光纤生产的原料，调整光纤的折射率，这样就可以改变光信号传输的情况，以此来满足不同通信领域的需要。

4 结语

通过全文的分析可以知道，现代通信领域的发展，对通信传输媒介提供了更高的要求。传统的同轴电缆等传输介质，已经无法满足实际的需要，而光纤通信技术的出现，刚好可以解决这个问题，由于其功耗较低、传输的带宽较大，非常受到人们的重视。我国意识到了光纤的重要性，从上世纪八十年代开始，就对光纤通信技术进行研究，现在我国光纤的年产量，已经达到2亿芯公里左右。光纤通信是在全反射原理的基础上实现的，相信随着光纤通信技术的发展，对于全反射原理应用的会越来越好。

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