光纤的工作原理/优势/弊端/尺寸

几十年来，电子信号通过标准的“硬线”连接或使用具有许多缺点的不同类型的无线电链路非常成功地发送。

另一方面，光纤链路，无论是用于长距离的音频或视频链路，还是用于处理小距离，与普通有线电缆相比，都提供了一些明显的优势。

光纤的工作原理

在光纤电路技术中，光纤链路用于通过具有高反射中心芯的电缆以光频率的形式传输数字或模拟数据。

在内部，光纤由一个高反射的中心芯组成，它就像一个光导，通过在其反射壁上连续来回反射来传递光。

光链路通常包括电频到光变频器电路，其将数字或音频信号转换为光频率。该光频率通过强大的LED“注入”到光纤的一端。然后允许光通过光缆到达预定目的地，在那里由光电管和放大器电路接收，该电路将光频率转换回原始数字形式或音频形式。

光纤的优势

光纤电路链路的一个主要优点是它们对电气干扰和杂散拾取具有完美的抗扰度。

可以设计标准的“电缆”链路来减少这个问题，但是完全消除这个问题可能非常具有挑战性。

相反，光缆的非电气特性有助于使电干扰变得无关紧要，除了可以在接收器端拾取的一些干扰，但这也可以通过有效屏蔽接收器电路来消除。

同样，通过常规电缆路由的宽带信号通常会消散电干扰，导致附近的无线电和电视信号受到干扰。

但同样，在光纤电缆的情况下，它确实可以证明完全没有电辐射，即使发射器单元可能会发出一些射频辐射，使用基本的屏蔽策略将其封闭起来也相当简单。

由于这个优点，包含许多光缆的系统彼此相邻工作，没有串扰的复杂性或问题。

当然，光可能会从一根电缆泄漏到另一根电缆，但光纤电缆通常封装在防光的外部套管中，可以理想地防止任何形式的漏光。

光纤链路中的这种强屏蔽确保了相当安全可靠的数据传输。

另一个优点是光纤没有火灾危险问题，因为不涉及电力或大电流。

我们还在整个链路中具有良好的电气隔离，以确保接地回路的并发症不会发展。通过适当的发射和接收电路，它非常适合光纤链路处理大量带宽范围。

宽带链路也可以通过同轴电力电缆创建，尽管在宽带宽应用中，与同轴类型相比，现代光缆通常具有更低的损耗。

光缆通常纤细轻巧，并且不受气候条件和几种化学物质的影响。这通常允许它们在荒凉的环境或不利的情况下快速应用，在这些情况下，电缆，特别是同轴类型，结果证明非常无效。

弊

尽管光纤电路具有许多优点，但也有一些缺点。

明显的缺点是电信号不能直接传输到光缆中，并且在某些情况下，重要的编码器和解码器电路的成本和遇到的问题往往非常不兼容。

使用光纤时要记住的关键一点是，它们通常具有指定的最小直径，当它们以更尖锐的曲线扭曲时，会在该弯曲处对电缆造成物理损坏，使其无用。

数据表中通常所说的“最小弯曲”半径通常在大约 50 到 80 毫米之间。

在普通有线电源电缆中，这种弯曲的后果可能微不足道，但是对于光纤电缆来说，即使是很小的紧弯曲也会阻碍光信号的传播，从而导致剧烈的损耗。

光纤基础

虽然在我们看来，光纤电缆只是由玻璃丝组成，覆盖在防光外部套管内，但实际上情况比这要先进得多。

如今，玻璃丝大多是聚合物的形式，而不是实际的玻璃，标准设置可能如下图所示。在这里，我们可以看到具有高折射率的中心核心和折射率降低的外部屏蔽。

内丝和外包层相互作用的折射使得光线可以通过有效地跨越电缆的墙壁到墙壁来穿过电缆。

正是这种光线在电缆壁上的反射，使电缆可以像光导一样运行，在拐角和曲线上平稳地承载照明。

高阶模式光传播

光反射的角度由电缆的属性和光的输入角度决定。在上图中可以看到光线通过“高阶模式”传播。

低阶模式光传播

但是，您会发现电缆的光线角度较浅，导致其在角度相当宽的电缆壁之间反弹。这个较低的角度允许光线在每次反弹时以相对较远的距离通过电缆传播。

这种形式的光传输称为“低阶模式”传播。这两种模式的实际意义在于，与在低阶模式下传播的光相比，在高阶模式下通过电缆冒险的光需要明显传播得更远。这会弄脏通过电缆传输的信号，从而缩小应用的频率范围。

但是，这仅在极宽带宽链路中相关。

单模电缆

我们还有“单模式”型电缆，它们仅用于启用单传播模式，但实际上并不需要使用本文中详述的相对较窄带宽技术的这种形式的电缆。您可能会进一步遇到另一种名为“分级索引”电缆的电缆。

这实际上与前面讨论的阶梯折射率电缆非常相似，尽管存在从电缆中心附近的高折射率到靠近外部套管的减小值的渐进式转换。

这会导致光以与前面解释的非常相似的方式穿过电缆，但光必须通过弯曲的路线（如下图所示），而不是通过直线传播。

光纤尺寸

光缆的典型尺寸为2.2毫米，内光纤的平均尺寸约为1毫米。除了连接到相同匹配的电缆的许多系统之外，您还可以找到多个连接器，以便通过这种尺寸的电缆进行连接。

普通连接器系统包括一个“插头”，该“插头”安装在电缆的尖端上，并将其保护到“插座”端子上，该端子通常支架在电路板上，具有用于容纳光电管（形成光学系统的发射器或检测器）的插槽。