​光纤是光导纤维的简称，它是一种由玻璃或塑料制成的纤维，利用光在这些纤维中以全内反射原理传输光信号，是现代通信的重要基础材料。那么，光纤的传输原理基于光的全反射现象，其核心是通过光信号在光纤结构中的全反射实现高效传输，具体过程如下：
一、结构基础：纤芯与包层的折射率差异
光纤由纤芯和包层组成，两者折射率不同：
纤芯：位于中心，由高纯度二氧化硅或塑料制成，折射率较高（如单模光纤纤芯直径约8-10μm，多模光纤约50-62.5μm）。
包层：包裹在纤芯外层，折射率略低于纤芯（如包层直径约125μm），形成“光导通道”。
作用：纤芯与包层的折射率差是全反射的关键条件。当光从高折射率的纤芯射向低折射率的包层时，若入射角大于临界角，光会完全反射回纤芯，而非折射到包层外。
二、全反射原理：光信号的“封闭”传输
入射条件：
光以一定角度从纤芯入射到纤芯-包层界面。
当入射角大于临界角（由纤芯与包层的折射率差决定）时，发生全反射。
传输过程：
光在纤芯内不断发生全反射，沿光纤纵向传播，形成“锯齿形”路径。
即使光纤弯曲，只要弯曲半径不小于zui小允许值（如G657光纤可达5-10mm），光仍能通过全反射保持传输。
效果：
光信号被“封闭”在纤芯内，减少能量损失。
传输损耗极低（如石英光纤损耗可低于0.2dB/km），支持长距离传输（无中继距离可达数十至上百千米）。
三、光信号调制：将信息编码为光脉冲
发送端处理：
电信号转换：通过激光器（如半导体激光器）或发光二极管（LED）将电信号转换为光信号。
强度调制：常用方式是通过改变光脉冲的强度（如亮灭）表示二进制数据（0和1）。例如，亮表示“1”，灭表示“0”。
其他调制方式：也可通过频率、相位或偏振态变化编码信息，但复杂度较高。
接收端处理：
光电探测：使用光电二极管等光检测器将光信号转换回电信号。
信号还原：经解调后恢复原始信息（如话音、数据、视频）。
四、材料与波长优化：降低传输损耗
材料选择：
纤芯采用高纯度二氧化硅，大幅降低光吸收和散射损耗。
包层材料（如硅玻璃）保护纤芯并维持全反射条件。
波长选择：
常用波长（如1310nm、1550nm）位于光纤的“低损耗窗口”，进一步减少能量损失。
1550nm波长因损耗更低，更适合长距离传输。
五、中继技术：突破传输距离限制
在超长距离传输中，光信号会因衰减而减弱。此时需通过中继器进行信号再生放大：
光放大器：如掺铒光纤放大器（EDFA），直接增强光信号强度，避免电-光转换的损耗。
波分复用（WDM）：在同一根光纤中传输多个不同波长的光信号，大幅提高传输容量。
六、光纤类型与传输模式
单模光纤：
纤芯极细（8-10μm），仅允许单一模式光传播。
消除模间色散，支持长距离、高带宽传输（如跨洋通信）。
多模光纤：
纤芯较粗（50-62.5μm），允许光以多种路径传播。
适用于短距离、低带宽场景（如局域网）。
七、光纤传输的优势
高带宽：光波频率高，可传输更多数据，支持5G、高清视频等大容量需求。
低损耗：信号衰减极低，传输距离远。
抗电磁干扰：光信号不受电磁场影响，适合复杂环境。
轻量化：光纤重量轻，便于铺设。
保密性好：光信号难以被窃听，安全性高。