光纖上信息轉換和傳輸的原理

用於長距離信息傳輸的現代通信線路通常只是光線路，因為這種技術的效率相當高，多年來它已經成功地證明了這一點，例如，作為提供互聯網寬帶接入的一種手段.

光纖本身由玻璃芯組成，玻璃芯被折射率低於芯的護套包圍。負責沿線路傳輸信息的光束沿光纖的纖芯傳播，在其途中從包層反射，因此不會離開傳輸線。

波束形成光源通常是 二極管或半導體激光器，而光纖本身，根據纖芯直徑和折射率分佈，可以是單模或多模。

通信線路中的光纖優於電子通信方式，可以實現數字數據的遠距離高速無損傳輸。

原則上，光線路可以形成一個獨立的網絡或用於聯合現有的網絡——在光纖層面物理上或邏輯上——在數據傳輸協議層面聯合的光纖高速公路部分。

光線路上的數據傳輸速度可以每秒數百吉比特來衡量，例如 10 Gbit 以太網標準，它已在現代電信結構中使用多年。

光纖的發明年被認為是 1970 年，當時康寧公司的科學家 Peter Schultz、Donald Keck 和 Robert Maurer 發明了一種低損耗光纖，開闢了複製電纜系統以傳輸電話信號的可能性不使用中繼器。開發人員創造了一種電線，可以讓您在距信號源 1 公里的距離處節省 1% 的光信號功率。

這是技術的轉折點。線路最初設計用於同時傳輸數百個相位的光，後來開發出具有更高性能的單相光纖，能夠在更長的距離內保持信號完整性。自 1983 年至今，單相零偏移光纖一直是最搶手的光纖類型。

要通過光纖傳輸數據，信號必須首先從電信號轉換為光信號，然後沿著線路傳輸，然後在接收器處轉換回電信號。整個設備稱為收發器，不僅包括光學元件，還包括電子元件。

因此，光線路的第一個元件是光發射器。它將一系列電數據轉換為光流。發射器包括：帶同步脈衝合成器的並串轉換器、驅動器和光信號源。

光信號源可以是激光二極管或 LED。傳統的 LED 不用於電信系統。激光二極管直接調製的偏置電流和調製電流由激光驅動器提供，然後光通過光連接器進入光纖 光纜.

在線路的另一側，信號和定時信號由光接收器（主要是光電二極管傳感器）檢測，在那裡它們被轉換為放大的電信號，然後重建傳輸信號。特別是，串行數據流可以轉換為並行數據流。

前置放大器負責將來自光電二極管傳感器的不對稱電流轉換成電壓，供其後續放大並轉換成差分信號。數據同步與恢復芯片從接收到的數據流中恢復出時鐘信號及其時序。

時分多路復用器可實現高達 10 Gb/s 的數據傳輸速率。因此，今天對於通過光學系統傳輸數據的速度有以下標準：

波分複用和波分複用允許您在同一通道上發送多個複用數據流時進一步提高數據傳輸密度，但每個流都有自己的波長。

單模光纖的外芯直徑相對較小，約為 8 微米。這種光纖允許特定頻率的光束通過它傳播，這與給定光纖的特性相對應。當光束單獨移動時，模間色散問題消失，從而提高線路性能。

材料的密度分佈可以是梯度的或階梯狀的。梯度分佈可實現更高的吞吐量。單模技術比多模更薄、更貴，但它是目前電信使用的單模技術。

多模光纖允許多個不同角度的傳輸光束同時傳播。纖芯直徑通常為 50 或 62.5 µm，因此有利於光輻射的引入。收發器的價格低於單模收發器。

它是一種多模光纖，非常適用於小型家庭和局域網。模間色散現像被認為是多模光纖的主要缺點，因此，為了減少這種有害現象，專門開發了具有梯度折射率的光纖，使光線沿拋物線路徑傳播，光程差更小.不管怎樣，單模技術的性能仍然更高。