電智能化系統(tǒng)中，當(dāng)鏈路傳輸距離超過100米后，我們就會考慮使用光纖傳輸，光纖具有抗干擾能力強，傳輸距離遠，帶寬大等優(yōu)勢，今天我們就來一起聊聊光纖的基礎(chǔ)知識！
光 纖
光纖是一種柔軟、纖細的固態(tài)玻璃介質(zhì)，主要是由涂覆層、纖芯、包層3部分組成，利用光在玻璃或塑料纖維中的全反射原理而達成的光傳導(dǎo)工具。光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用在長距離的信息傳遞。光纖，完整名稱叫做光導(dǎo)纖維，英文名是OPTIC FIBER。
它是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。
光纖的主要用途，是通信。目前通信用的光纖，基本上是石英系光纖，其主要成分是高純度石英玻璃，即二氧化硅(SiO2) 。
光纖通信系統(tǒng)，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，以達到通信的目的。
也許有人會說：我只用4G上網(wǎng)，不用光纖。其實不然，4G信號只是從基站到你的手機，基站到基站的連接全部是由光纖完成。你要是想從廣州到北京給朋友發(fā)一條消息，先用4G發(fā)到廣州的基站，然后通過光纖一路走到北京，再由北京的基站發(fā)送4G信號到對方的手機。即使你給廣州的朋友發(fā)消息，也離不開光纖，因為4G的基站覆蓋范圍不大（大約1-3公里），你們很可能處于不同基站的覆蓋下；而將來5G信號的基站覆蓋范圍可能只有100-300米，光纖的作用也愈發(fā)重要。
我們?nèi)粘Ｉ暇W(wǎng)可能體會不到光纖的優(yōu)越性，因為4G網(wǎng)已經(jīng)相當(dāng)快了。但4G速度快的代價是覆蓋范圍小，因為無線信號向四面八方擴散，顯然會很快地衰減，不能輸送到很遠的地方，換句話說，雖然我們用的4G網(wǎng)速很快，但一個基站只要管一塊小區(qū)域內(nèi)為數(shù)不多的人，所以實際提供的帶寬并不大。就好比你家里的路由器，自己用還挺快，但如果來了很多客人一起搶就會變卡；在人很密集的地區(qū)，手機信號也會很差。帶寬一定的情況下，用戶越少，分配到每個人的“網(wǎng)速”也就越大。所以4G網(wǎng)速快的前提是每個基站所要管的人不多。
而在背后支持全國299萬個4G基站的，正是深埋地下的光纖。之前的超能課堂已經(jīng)講過，無線信號的頻率較低，所能提供的帶寬也較小，目前最好的4G網(wǎng)絡(luò)帶寬也不過100Mbps，5G可以達到1Gbps，網(wǎng)線則最大可以達到10Gbps。而由于光的頻段極高（比如可見光的頻率為380-790THz），理論上能提供幾乎是無限大的帶寬，所以一根直徑為8微米的普通光纖，可以輕松達到10Tbps的帶寬，這是4G的十萬倍、5G帶寬的一萬倍！
其實光纖的原理很簡單，利用的就是我們生活中最簡單的折射現(xiàn)象。筷子插進水中會變彎，是因為筷子反射的光線在進入空氣時發(fā)生了折射，如下圖，由S點發(fā)出的光線，在人眼看來就好像是在S’一樣，這也是為什么看游泳池的水底好像總是很淺，跳下去才知道不是那么回事。
現(xiàn)在各位試想這樣一個情況，如果從水中往空氣射的這根光線和水面的夾角很小，會出現(xiàn)什么結(jié)果？
沒錯，按照折射的規(guī)律，當(dāng)這根光線過于傾斜的時候，就沒辦法再折射出去了！這種現(xiàn)象就叫全反射，所有能量都被反射而不會從邊界泄露（折射）出去。光纖就是這樣一種結(jié)構(gòu)以利用全反射來實現(xiàn)光的長距離傳輸。光纖的結(jié)構(gòu)因此是超簡單，理論上有“水”和“空氣”就可以了，在光纖結(jié)構(gòu)中，“水”就是纖芯，“空氣”就是包層。
光纖纖芯的折射率高，就像水一樣，而包層的折射率低，就像空氣一樣，當(dāng)光在其中傳輸?shù)臅r候，滿足一定的角度關(guān)系，就會發(fā)生全反射現(xiàn)象，光就能很好地約束在光纖中而不泄露了。光纖的結(jié)構(gòu)因而也非常簡單，纖芯就是純度很高的石英玻璃，包層則是一些特殊工藝涂覆在纖芯上的化學(xué)材料，既可以滿足折射率全反射的光學(xué)要求，還能起到保護纖芯的作用，否則比頭發(fā)絲還細好多倍的玻璃纖芯很容易折斷。最外層的保護套則跟普通網(wǎng)線差不多。
電纜通信的中繼距離只有幾千米，因為長距離的電纜不可避免地會有很大的電阻導(dǎo)致電信號衰減；最長的微波通信（收音機）是 50 千米左右；而光纖通信系統(tǒng)的最長中繼距離已達 300千米，正是因為光纖對光的限制保護作用，使得在很長的距離內(nèi)光都很少衰減。
光通信的原理其實和所有其他通信是一樣的，因為光本身是電磁波——比如在網(wǎng)線中我們傳輸?shù)氖请娒}沖，而光通信就是把代表信息的電脈沖先注入到激光器中，通過電脈沖控制激光器的輸出光，就把信息調(diào)制到了光（載波）上，經(jīng)過光纖傳輸?shù)侥康牡兀侔压庵械男畔⒔庹{(diào)成電信號，就可以被我們的計算機識別了。
光纖的優(yōu)勢還很多
1、抗電磁干擾能力強。對于通信系統(tǒng)而言，最主要的干擾是電磁干擾。電話線和電纜一般是不能跟高壓電線平行架設(shè)的，也不能在電氣鐵化路附近鋪設(shè)，因為電磁干擾會影響通信系統(tǒng)。光纖屬絕緣體，不怕雷電和高壓，電磁干擾不了頻率比它們高得多的光信號。
2、保密性強。只要在電纜附近 (甚至幾公里以外) 設(shè)置一個特別的接收裝置，就可以獲取明線或電纜中傳送的信息。無線電波更是在大氣中傳播，甚至充斥全球，很容易被人竊聽。光在光纖中傳輸時不會跑出光纖和向外輻射電磁波，要想獲取光纖中的信息，就必須破壞光纖，這樣就立刻被發(fā)現(xiàn)了。
3、體積小重量輕。電纜每米重11千克，而同等容量的光纜每米重90克，鋪設(shè)起來方便。
4、原材料成本低。電線主材：銅、鉛等有色金屬，預(yù)計只夠使用50年左右；光纖主材：普通的石英砂，它在地殼的化學(xué)成分中占了一半以上，可以說是取之不盡、用之不竭。
光纖除了通信領(lǐng)域，還在其他很多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。比如激光手術(shù)時，有時需要手術(shù)的部位在人體腔道內(nèi)，這就要求激光能拐彎，就需要用到光纖了。
光纖的基本結(jié)構(gòu)
光纖裸纖一般分為三層：纖芯、包層和涂覆層。
光纖結(jié)構(gòu)
光纖纖芯和包層是由不同折射率的玻璃組成，中心為高折射率玻璃纖芯(摻鍺二氧化硅)，中間為低折射率硅玻璃包層(純二氧化硅)。光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發(fā)生全發(fā)射（由于包層的折射率稍低于纖芯），從而可以在光纖中傳播。
光纖的傳輸特性
光纖有兩個主要的傳輸特性：損耗和色散。光纖的損耗是指光纖每單位長度上的衰減，單位為dB/km。光纖損耗的高低直接影響到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離或中繼站間隔距離的遠近。光纖色散是指由于光纖所傳輸?shù)男盘柺怯刹煌l率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，從而導(dǎo)致信號的畸變。
光纖色散分為材料色散，波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。信號不是單一模式會引起模式色散。單模光纖只傳單一基模，所以只有材料色散和波導(dǎo)色散，沒有模式色散。而多模光纖則存在模間色散。光纖的色散不僅影響光纖的傳輸容量，也限制了光纖通信系統(tǒng)的中繼距離。
單模光纖（SM Fiber）
單模光纖(Single Mode Fiber)，光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發(fā)生全發(fā)射，當(dāng)直徑較小時，只允許一個方向的光通過，即為單模光纖；單模光纖的中心玻璃芯很細，芯徑一般為8.5或9.5μm，并在1310和1550nm的波長下工作。
多模光纖（MM Fiber）
多模光纖(Multi Mode Fiber)，就是允許有多個導(dǎo)模傳輸?shù)墓饫w。多模光纖的纖芯直徑一般為50μm/62.5μm，由于多模光纖的芯徑較大，可容許不同模式的光于一根光纖上傳輸。多模的標(biāo)準(zhǔn)波長分別為850nm和1300nm。還有一種新的多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，稱為WBMMF(寬帶多模光纖)，它使用的波長在850nm到953nm之間。
單模光纖和多模光纖，兩者的包層直徑都為125μm。
單模光纖 和 多模光纖
使用光纖有哪些優(yōu)點?
1) 光纖的通頻帶很寬，理論可達30T。
2) 無中繼支持長度可達幾十到上百公里，銅線只有幾百米。
3) 不受電磁場和電磁輻射的影響。
4) 重量輕，體積小。
5) 光纖通訊不帶電，使用安全可用于易燃，易暴等場所。
6) 使用環(huán)境溫度范圍寬。
7) 使用壽命長。
如何選擇光纜?
光纜的選擇除了根據(jù)光纖芯數(shù)和光纖種類以外，還要根據(jù)光纜的使用環(huán)境來選擇光纜的結(jié)構(gòu)和外護套。
1)戶外用光纜直埋時，宜選用松套鎧裝光纜。架空時，可選用帶兩根或多根加強筋的黑色PE外護套的松套光纜。
2)建筑物內(nèi)用的光纜在選用時應(yīng)選用緊套光纜并注意其阻燃、毒和煙的特性。一般在管道中或強制通風(fēng)處可選用阻燃但有煙的類型(Plenum)或可燃無毒的類型(LSZH)，暴露的環(huán)境中應(yīng)選用阻燃、無毒和無煙的類型(Riser)。
3)樓內(nèi)垂直或水平布纜時，可選用與建筑物內(nèi)通用的緊套光纜、配線光纜或分支光纜時。
4)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和光纜應(yīng)用參數(shù)選擇單模和多模光纜，通常室內(nèi)和短距離應(yīng)用以多模光纜為主，室外和長距離應(yīng)用以單模光纜為主。
傳輸距離
單模光纖的直徑較小使反射更加緊密，僅允許一種模式的光傳播，從而使光信號傳播的更遠。隨著光穿過纖芯而產(chǎn)生的光反射數(shù)量減少，降低了衰減并產(chǎn)生了信號進一步傳播。由于其沒有模間色散或模間色散很小，單模光纖可以傳輸40公里甚至更遠的距離而不影響信號，因此單模光纖一般用于長距離的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于電信公司、有線電視提供商和高等院校等。
多模光纖具有較大的直徑芯，可以傳播多種模式的光。在多模傳輸下，由于纖芯尺寸較大，模間色散較大，即光信號“擴散”較快。長距離傳輸時信號的質(zhì)量會降低，因此多模光纖通常用于短距離、音頻/視頻應(yīng)用和局域網(wǎng)(LANs)，且OM3/OM4/OM5多模光纖可支持高速率數(shù)據(jù)傳輸。
帶寬、容量
帶寬被定義為承載信息的能力。影響光纖傳輸帶寬度的主要因素是各種色散，而其中的模式色散最為重要，單模光纖的色散小，故能把光以很寬的頻帶傳輸很長距離。由于多模光纖會產(chǎn)生干擾、干涉等復(fù)雜問題，因此在帶寬、容量上均不如單模光纖。最新一代的多模光纖帶寬OM5設(shè)置為28000MHz/km，而單模光纖帶寬則要大的多。
成本
如果單模光纖具有更高的帶寬，并且傳輸距離更遠，那為何還需要多模光纖？成本或許就是這個問題的關(guān)鍵。由于單模光纖芯徑太小，較難控制光束傳輸，故需要激光作為光源體。由于光端機非常昂貴，故采用單模光纖的成本會比多模光纖光纜的成本高。這一事實促使大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用多模光纖來節(jié)省成本。
選擇哪種模式的光纖，更多的取決于所需要的應(yīng)用環(huán)境。
什么是光纖通信？
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三千字讀懂光纖通信的前世今生
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光通信視頻專題 ?
纖里的"光信使"如何秒傳萬里信息？
你是否曾好奇，當(dāng)我們發(fā)送一條微信消息或觀看高清視頻時，那些看不見摸不著的信息是如何跨越千山萬水瞬間到達對方手中的？答案就藏在那些細如發(fā)絲的光纖里。
1. 想象一下你手里拿著一根超級細的玻璃管，這就是光纖的簡化版。但光纖可不僅僅是一根空心的管子，它的內(nèi)部設(shè)計得非常巧妙。光纖的中心有一條極細的玻璃芯，周圍則被一層折射率稍低的包層緊緊包裹。這就像是在玻璃芯周圍建了一道"光墻"，讓光信號只能乖乖地在里面跑。
2. 那么，信息是如何變成光信號的？當(dāng)你發(fā)送的每一個字、每一張圖片都被電腦轉(zhuǎn)換成了一串串的數(shù)字代碼，這些代碼再經(jīng)過一個神奇的裝置--光發(fā)送器，被轉(zhuǎn)換成了一束束閃爍的光脈沖。這些光脈沖就像是一個個小小的"光信使"，攜帶著你的信息準(zhǔn)備踏上光纖之旅。
3. 當(dāng)光脈沖進入光纖后，它們會沿著玻璃芯一路狂奔，遇到包層時就會發(fā)生全反射，就像乒乓球在墻上彈來彈去一樣，不斷地向前傳播。由于光纖的損耗極低，這些光脈沖可以幾乎無損地傳輸很遠的距離，甚至跨越大洋彼岸。
4. 在接收端，另一個神奇的裝置--光接收器會等待這些"光信使"的到來。當(dāng)光脈沖到達時，光接收器會迅速將它們轉(zhuǎn)換回數(shù)字代碼，再還原成我們熟悉的文字、圖片或視頻。就這樣，一次信息傳輸就完成了。
但是，你有沒有想過，隨著科技的不斷發(fā)展，光纖傳輸?shù)乃俣仁欠褚呀?jīng)達到了極限？未來是否會有更加先進的傳輸技術(shù)出現(xiàn)？或者，我們能否利用光纖傳輸技術(shù)實現(xiàn)更多超乎想象的應(yīng)用？這些問題都值得我們深入思考和探索。歡迎在評論區(qū)留下你的看法和想法。
論是家庭影音，游戲娛樂，還是電腦辦公、會議投影，HDMI線纜的身影處處可見。但很多人不知道的是，HDMI線纜又有光纖線和銅芯線之分，那么這兩類線有什么區(qū)別呢？今天我們來好好聊一聊。
光纖HDMI線以四芯光纖為導(dǎo)體，采用光信號傳輸，而且從信號源到顯示設(shè)備需要經(jīng)歷兩次光電轉(zhuǎn)換。
銅芯HDMI線以4對銅芯雙絞線為導(dǎo)體，采用電信號傳輸，不需要通過兩道光電轉(zhuǎn)換。
由于傳輸原理不同，在傳輸性能上也是有所差異。普通銅芯HDMI高清線傳輸穩(wěn)定可靠，而且性價比高，在20米范圍內(nèi)短距離場景中應(yīng)用非常廣泛，但碰到遠距離視頻傳輸?shù)那闆r，即使加上信號放大器也不能超過30米，若是強行延長，就會導(dǎo)致視頻畫質(zhì)會直線下降，甚至無法使用的情況。
相比之下，光纖HDMI線更細更輕，通信容量大，傳輸完全不受外部電磁干擾，可以實現(xiàn)百米以上無損傳輸信號，而且無需信號放大器，很好地解決了傳統(tǒng)的銅芯HDMI線無法實現(xiàn)的長距離傳輸。
簡單來說，銅芯HDMI線適用于短距離的傳輸場景，而光纖HDMI線更適應(yīng)有超高速、超長距離影音需求的應(yīng)用場景。由此，在搭建影音系統(tǒng)的過程中，建議用戶根據(jù)實際場景使用情況來挑選線纜哦。
通過以上的分享，相信大家對HDMI線纜有了一定的了解，在挑選也不至于毫無頭緒。這里為了節(jié)省大家的時間，小優(yōu)根據(jù)不同場景的使用需求，給大家分享兩款4K@60Hz高清視頻線，感興趣的朋友可以了解一下。
家庭影音HDMI2.0高清線（Y-137U）
音畫雙絕，沉浸視界！優(yōu)越者HDMI2.0高清線Y-137U，18Gbps理論帶寬，傳輸4K@60Hz視頻毫無壓力；精選無氧銅芯材質(zhì)，鋁箔+編織+地線三重屏蔽設(shè)計，抗干擾能力強，保證傳輸穩(wěn)定性，避免畫面出現(xiàn)雪花、閃屏、卡頓等現(xiàn)象；HDR動態(tài)、3D視效及7.1立體聲道等功能，將視覺效果拉滿的同時，實現(xiàn)音視頻同步傳輸，讓用戶在家也感受逼真影院既視感。
工程級HDMI2.0光纖線（C1028BGY）
輕奢實力派！優(yōu)越者4K超清光纖HDMI線，四芯光纖光速傳輸無延遲，而且信號無懼電磁波干擾，150米長距離傳輸信號近乎0衰減；高硬度鋅合金材料外殼保護下，鍍金插口經(jīng)萬次插拔測試，完好無損，并且具有耐腐蝕及抗氧化的優(yōu)良性能，經(jīng)得起時間的考驗；流線型纖薄設(shè)計，輔以科技感電鍍槍灰色，搭配HDMI新潮數(shù)碼設(shè)備，妥妥的CP感。
如今伴隨著4K終端產(chǎn)品及4K內(nèi)容的不斷豐富，市面上4K高清HDMI線的選擇也越來越多，但產(chǎn)品質(zhì)量卻參差不齊，線芯材質(zhì)異常、線徑偏小、偷工減料等問題更是屢見不鮮，這類偽4K線材或許不影響設(shè)備連接，但卻拖累4K輸入/輸出設(shè)備的性能發(fā)揮，導(dǎo)致最后輸出的音畫效果拉垮，這就好比隔靴搔癢，體驗非常不爽。
所以再啰嗦一句：在挑選4K高清HDMI線時，大家要像挑選男(女)朋友一樣慎之又慎！