光纤是一种利用光来传递信息的技术。光纤的结构如下图所示。它由双层纤维透明材料(玻璃和塑料)制成，通过在内部纤芯中传导光信号来传输数字信息。

信号由多个频段的信号组成，比较复杂，但是光信号很简单，亮表示1，暗表示0。

然而，数字信号不能直接转换成光信号。我们需要先把数字信号转换成电信号，再把电信号转换成光信号。电信号很简单，高压代表1，低压代表0。

这种电信号输入LED、激光二极管等光源后，这些光源会根据信号电压的变化而发光，高压发光，低压发光暗。

这样的光信号在光纤中传导后，可以通过光纤到达接收端。该接收端设有一可感应光线的感光元件，该感光元件可根据光线的亮度产生不同的电压。

当光信号照射到其上时，亮时产生高电压，暗时产生低电压，从而将光信号转换成电信号。最后，电信号被转换成数字信息，然后我们接收数据。

这就是光纤的通信原理。

其中光纤分为单模光纤和多模光纤，两者有什么区别？

单模光纤的纤芯更细，多模光纤的纤芯更粗，单模光纤的传输距离更长，但多模光纤的传输距离比单模光纤便宜。

很多人可能会问，不是应该更厚更贵吗？其实光纤越薄，技术要求越高。想想是不是越做越小，越做越难，越做越贵。

光纤的直径对光的传输有很大的影响。光纤通信的关键技术是光纤

在透明材料中传导光听起来很简单，但实际上，传导光的方式非常复杂。不同材料制成的光纤的透光率和折射率也不同，纤芯直径等因素也会影响透光率。

我们初中都学过光的折射和反射。光纤实际上是一个圆柱形的玻璃，光通过玻璃可以发生折射和反射，折射的部分会损失掉，而全反射的部分可以透射到光纤的另一端。

因为光源会向各个方向发射光，所以各种角度的光都会进入纤芯，但是入射角过大的光会在纤芯和包层的边界(纤芯的外边缘)发生折射，只有入射角小的光才会被包层全反射，从而在纤芯中前进。

但是光纤中并不是所有全反射的光都能透射，因为光也是波，如果是波，就会有损耗。当光在纤芯和包层的边界被反射时，由于反射角的原因会发生相位变化。

当向反射表面前进的光遇到反射回来的光时，如果两条光线的相位不一致，它们将相互干涉，并且只有那些相位一致的光线将在光纤中继续透射。

就像水的波纹一样，在波纹的中心会产生各种相位的波，不同相位的波会相互干涉。

如果周围没有障碍物，水面的波纹会一直以同心圆的形式向外扩散，但如果碰到两边的墙壁，波纹就会被反射回来。

此时，向墙壁传播的波和从墙壁反射的波将相互叠加，其中同相位的波相互增强，不同相位的波相互抵消。

光纤中也是如此，只不过与水波不同的是，光在被纤芯和包层的边界反射时，其相位会发生变化。

这种变化的量随着光在反射表面上的反射角而变化。在大多数角度，它会被不同相位引起的干扰抵消。

但在一定角度下，前进到反射面的光的相位与反射光的相位是一致的，只有在这些角度下反射的光才能继续向前透射。

进入光纤的光线有各种角度，但其中只有少数以特定角度入射以保持相位一致的光线会继续传导。

所以纤芯的直径对光的透射有很大的影响，因为直径决定了光的入射角。

根据纤芯直径的不同，光纤可以分为几种类型，一般包括更细的单模光纤(8 ~ 10μ m)和更粗的多模光纤 (50微米或62.5微米)。

单模光纤的纤芯很细，只有小入射角的光才能进入。所以在能保持相位一致的角度中，只有角度最小的光才能进入光纤。

另一方面，单模光纤的纤芯直径设计成只允许同相位的最小角度光进入，也就是说在单模光纤上只传输一束光。

多模光纤的纤芯较厚，入射角较大的光也能进入。这样，在相位相同的角度中，不仅可以传导光纤中最小的角度，还可以传导其他角度更大的角度，即可以在核心中同时传导多条射线。

换句话说，单模和多模实际上表明是否存在一个或多个相位相同的角度，这就决定了它们的特性也是不同的。

多模光纤可以传导多条光线，意味着可以通过更多的光线，对光源和感光元件的性能要求更低，这样可以降低光源和感光元件的价格。

相对来说，单模光纤纤芯只能传导一种光，能通过的光更少。相应的，对光源和感光元件的性能要求更高，价格也更高，但信号失真会更小。

在多模光纤中，多条反射角不同的光线同时传导，反射角越大，光线反射的次数越多，传播的距离越长。相对来说，反射角越小，光传播的距离越短。

光传播的距离会影响到达接收端的时间，即传播的距离越长，到达接收端的时间越长。因此，当多条射线在不同时间到达时，信号的宽度会被拉伸，从而导致失真。

所以光纤越长，失真越大，超过允许范围，通信就会出错。

而单模光纤则不会有这样的问题，因为纤芯中传输的光只有一种，不会因为传播距离的不同而产生时差，所以即使光纤很长，也不会出现严重的失真。

所以单模光纤失真小，损耗小，比多模光纤传输的更远。因此，多模光纤主要用于建筑物内部的连接，而单模光纤用于远处建筑物之间的连接。