光纖（光纜）有哪些種類？為什麼適合遠距離通信？

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當前工業網路基於百兆乙太網（100BASE），根據其物理層使用的傳輸介質的不同，又可以分為100BASE-TX（雙絞線）和100BASE-FX（光纖）等。雙絞線（TX）的最大網段長度為100米，當通信距離超過100米時，要使用中繼器對信號進行重新放大才能正常傳輸。另一種解決方法是使用光纖（光纜）進行信號傳輸。光纖是光信號的傳輸介質，它具有傳輸耗損低、抗干擾能力強等優點。光纖根據光傳輸的路徑不同，可以分為多模光纖和單模光纖；根據使用的材質的不同，可以分為POF光纖、PCF光纖和玻璃光纖等，今天我們就來談談光纖（Optical Fiber）的分類及特點。

典型的光纖由五部分組成：纖芯、覆層、緩衝層、加強材料和外套，如下圖：

纖芯位於光纖的中心，是光傳輸的路徑；纖芯的外部圍繞著覆層，穿過纖芯的光線在纖芯與覆層的交界處反射回纖芯，從而保證光纖沿著纖芯進行傳播；覆層的外面是緩衝層（通常是塑料），用來保護纖芯和覆層不受破壞；圍繞緩衝層是一層加強材料，用來增加光纖的韌性與強度，從而保證光纖在安裝的過程中不被拉斷；最外層是一層保護套（外套），用來保證光纖不被溶解、磨損或破壞。下圖是西門子光纖的實物圖：

根據光的傳輸路徑的不同，光纖可以分為多模光纖（Mutimode Optical Fiber）和單模光纖（Single-mode Optical Fiber）。

多模光纖允許在同一個纖芯內部同時傳送多種模式（路徑）的光，各種光以不同的入射角進入到纖芯中，然後在纖芯與覆層之間不斷反射進行傳輸。與光纖中心的光相比，以反射方式進行傳輸的光經過的實際路徑更長，從而導致它們到達光纖接收端的時間略有延長。

這種多種模式的光在光纖中因為傳輸路徑的不同（入射角不同）而使得最終達到接收終端的時間略有差異的現象，稱為「模式色散」。

模式色散會導致光纖接收器收到一個很長的、模糊的脈衝。為了解決這個問題，多模光纖採用一種「漸變折射率」的特殊玻璃。該玻璃能使光在通過纖芯中心時速度放慢，通過纖芯中心以外的區域時速度加快，從而保證所有模式的光幾乎同時到達終點。這樣，光纖接收器就會收到一個強的光脈衝信號。多模光纖的纖芯較粗（50或62.6 um），由於其模間色散較大，導致其傳輸距離比較近，一般只有幾公里。下圖是多模光纖中光的傳輸的示意圖：

與多模光纖不同，單模光纖只允許在纖芯里同時傳送單一模式（路徑）的光。單模光纖的纖芯較細，直徑一般8~10um，光在傳輸過程中不進行反射，以直線的方式進行傳輸，模間色散很小，因此單模光纖很適合遠距離通信。下圖是光在單模光纖中傳輸的示意圖：

單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。一般使用高匯聚的紅外激光作為光源。實驗發現1.31um波長區的單模光纖的總色散為零，因此1.31um是光纖實際通信系統的主要工作波段。

根據材質的不同，光纖又可以分為POF光纖、PCF光纖和玻璃光纖。POF是「Plastic Optical Fiber」的英文縮寫，中文翻譯為「塑料光纖」；PCF是「Polymer Cladded Fiber」的英文縮寫，中文翻譯為「聚合物包層光纖」；POF光纖和PCF光纖對工藝要求較低，現場施工難度小；而玻璃光纖，特別是單模玻璃光纖，對工藝要求非常高，現場施工難度較大。

光纖中傳輸的介質是光波，其頻率遠遠高於普通電波通信所使用的頻率，因此即使在充斥著電磁干擾的環境中也不受干擾。光纖，尤其是單模光纖，傳輸過程的損耗很低，這些特點都使得光纖很適合用作遠程傳輸。另外與同量級的電纜相比，光纖（光纜）的重量較輕，而且不會因為短路或接觸不良產生電火花，不易被竊聽，安全性很高。因此光纖在安全性要求較高的場合有著廣泛的應用。

好了，關於光纖（光纜）的知識就先聊到這裡了。

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