光纤的工作原理

摘要：光纤是一种介质光波导，通常由玻璃或者塑料制成，利用光的全反射原理进行光传输。光线从线壁上反复反弹，沿着光缆向下传播。每个微小的光子像雪橇一样沿着管道下滑，由此，我们可以理解成光束在透明玻璃管中传播，如果光线以非常浅的角度（小于42度）撞击玻璃，则它会再次反射回去，就像是一面镜子一样，这种现象称为全内反射。

光纤的发明

我们已经习惯了以不同方式传播信息的想法，当我们使用座机电话讲话时，电缆将语音中的声音传送到墙上的插座中，另一根电缆将其传送到本地电话交换机。 手机的工作方式不同：它们使用不可见的无线电波发送和接收信息 ，这种技术称为无线，因为它不使用电缆。 而光纤是第三种传输方式，它最初是为内窥镜开发的。在1960年代，工程师们发现了一种使用相同技术以光速传输信号的方法。

光学技术

光纤电缆由玻璃或塑料制成的极细的线，一根电缆最多可以有两根或几百根线束组成。每根线的厚度不到人发的十分之一。

光纤电缆使用完全光学技术在两个位置之间传送信息。假设你想使用光纤将信息从计算机发送到朋友家。我们可以将计算机连接到激光器上，该激光器会将来自计算机的电子信息转换为一系列光脉冲。然后，将激光沿着光纤电缆发射。沿电缆向下移动后，光束将在另一端射出。你的朋友需要一个将光脉冲转换回他的计算机可以识别的电子信息。

光纤如何工作

光线从线壁上反复反弹，沿着光缆向下传播。每个微小的 光子 像雪橇一样沿着管道下滑，由此，我们可以理解成光束在透明玻璃管中传播，如果光线以非常浅的角度（小于42度）撞击玻璃，则它会再次反射回去，就像是一面镜子一样，这种现象称为全内反射。

使管道保持透光的另一件事是电缆的结构，它由两个独立的部分组成。电缆的主要部分（在中间）称为 芯线 ，这就是光穿过的部分。包裹在芯子外面的是另一层玻璃，称为 覆盖层 。覆盖层的工作是将光信号保持在纤芯内部。

光纤的类型

光纤以所谓的 模式 将光信号向下传送。这听起来很技术性，但这仅意味着不同的传播方式：模式只是光束沿光纤向下传播的路径。一种模式是直接沿着光纤的中间向下移动。另一种方法是使光纤以浅角度反弹。

最简单的光纤称为 单模 。它有一个非常薄的芯，直径约5-10微米。在单模光纤中，所有信号都直接沿中间向下传播，而不会反弹到边缘（图中的黄线）。有线电视，互联网和电话信号通常由单模光纤承载，并捆扎成一个大捆。这样的电缆可以发送超过100公里的信息。

另一种类型的光缆称为 多模 。多模电缆中的每根光纤大约是单模电缆中的每根光纤的10倍。这意味着光束可以通过遵循各种不同的路，径换句话说，以多种不同的模式穿过纤芯。多模电缆只能在相对短的距离内发送信息。

甚至更粗的纤维也被用于称为一种内窥镜的医疗工具，内窥镜是由许多光纤组成的粗光纤电缆，在内窥镜的顶端，有一个目镜和一个灯。灯将电缆的一部分照到病人的胃中。当光线到达胃部时，它会从胃壁反射到透镜中在电缆的底部。然后，它又沿电缆的另一部分行入到医生的目镜中。其他类型的内窥镜工作方式与之几乎相同，可用于检查身体的不同部位。该工具还有一个工业版本，称为纤维镜，可用于检查飞机 发动机中无法触及的机械零件。