光纤通信原理
到目前为止讨论的数字通信技术促进了光通信和卫星通信研究的进步。让我们来看看它们。
光纤
光纤可以理解为在光频下工作的介电波导。一般来说，如果弯曲或终止辐射能量的器件或管子称为波导。下图显示了一束光纤电缆。
电磁能量以光波的形式通过它传播。沿波导的光传播可以用一组导波电磁波来描述，称为波导的模式。
工作原理
学习光纤时，应该了解一个基本的光学参数是折射率。根据定义，“真空中光速与物质中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时发生反射。光线在界面的弯曲是由于具有不同折射率的两种材料中光速差异的结果。界面处这些角度之间的关系可以称为斯涅耳定律。它表示为：
$$n_1sin\phi _1 = n_2sin\phi _2$$
其中，
$\phi _1$ 是入射角
$\phi _2$ 是折射角
n1 和 n2 是两种材料的折射率
对于光学密度材料，如果反射发生在同一材料内，则这种现象称为全内反射。入射角和折射角在下图中所示。
如果入射角 $\phi _1$ 很大，则某点的折射角 $\phi _2$ 变成 Π/2 。超过这一点，进一步的折射是不可能的。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。
如果光线在这种情况下进入玻璃，它将被完全反射回玻璃中，而没有光从玻璃表面逸出。
光纤的组成部分
最常用的光纤是半径为a、折射率为n1的单一实心介电圆柱体。下图解释了光纤的组成部分。
该圆柱体被称为光纤的纤芯。围绕纤芯的是一种实心介电材料，称为包层。包层的折射率n2小于n1。
包层有助于：
- 减少散射损耗。
- 增加光纤的机械强度。
- 保护纤芯免受不需要的表面污染物的吸收。
光纤类型
根据纤芯的材料组成，通常使用两种类型的光纤。它们是：
阶跃式光纤 - 纤芯的折射率在整个范围内是均匀的，并在包层边界处发生突变（或阶跃）。
渐变式光纤 - 纤芯的折射率随着光纤中心径向距离的变化而变化。
这两者又进一步细分为：
单模光纤 - 这些用激光激发。
多模光纤 - 这些用LED激发。
光纤通信
通过研究光纤的各个部分和章节，可以很好地理解光纤通信系统。光纤通信系统的主要元件如下图所示。
基本组件是光信号发射器、光纤和光电检测接收器。还采用了光纤和电缆熔接器和连接器、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大。
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，无法被窃听。
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的影响。
它们不受电噪声的影响。
物理优势
光纤电缆的物理优势包括：
这些电缆的容量远高于铜线电缆。
虽然容量更高，但电缆的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。
这些光纤电缆的重量比铜线电缆轻得多。
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，因为它们易于弯曲且灵活。
光纤电缆的原材料是玻璃，比铜便宜。
光纤电缆的使用寿命比铜电缆长。
缺点
尽管光纤具有许多优点，但它们也存在以下缺点：
虽然光纤电缆使用寿命更长，但安装成本高。
随着距离的增加，需要增加中继器的数量。
如果未封闭在塑料护套中，它们很脆弱。因此，比铜线需要更多的保护。
光纤的应用
光纤有很多应用。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、有线电视系统的数据链路
用于闭路电视监控摄像头
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。