光纤（optical fibres）是 由纯度极高的玻璃制成的 细长线材， 直径约为人类头发的直径。它们被束成光缆 ， 用于 长距离传输 光信号。

如果仔细观察单根光纤，您会发现它 具有以下部分 ：

数百或数千根这样的光纤被成束排列 在光缆中 。

光纤有两种类型：

单模光纤纤芯 较小 （ 直径 约为 3.5 x 10  -4英寸或 9 微米），可传输红外 激光 （波长 = 1,300 至 1,550 纳米或 nm）。 多模光纤纤芯 较大 （直径 约为 2.5 x 10  -3英寸或 62.5 微米），可传输 发光二极管 (LED) 发出的红外光（波长 = 850 至 1,300 nm） 。

有些光纤可以 用塑料制成 。这些光纤纤芯较大（直径0.04英寸或1毫米），可以与硅芯片配合使用。玻璃光纤与硅芯片配合效果不佳，而且成本高昂。

让我们看看光纤是如何工作的。

假设你想用手电筒的光束照射一条又长又直的走廊。只需将光束直射走廊即可——光是直线传播的，所以没有问题。如果走廊有弯道怎么办？你可以在弯道处放一面镜子，将光束反射到拐角处。如果走廊蜿蜒曲折，有很多弯道怎么办？你可以在墙上装上镜子，调整光束的角度，让它沿着走廊左右反射。这正是光纤中发生的情况。

光纤电缆中的光线通过不断地在包层（镜面墙壁）上反射，在纤芯（通道）中传播，这一原理称为全内反射 。由于包层不吸收来自纤芯的任何光，因此光波可以传播很远的距离。

然而，随着光纤 传输距离的延长，部分信号会丢失 。信号衰减的程度取决于玻璃的纯度、光纤弯曲次数或连接光纤各段的接头数量，以及传输光的波长。

例如，对于多模光纤，直径 850 nm = 3 dB/km；1,300 nm = 1 dB/km。对于单模光纤，直径 1,310 nm = 0.5 dB/km；1,550 nm = 0.4 dB/km。

为了理解光纤在通信系统中的应用，我们来看一个二战电影或纪录片中的例子。影片中，一支舰队中的两艘海军舰艇需要在保持 无线电 静默或在暴风雨海面上相互通信。一艘船停靠在另一艘船旁。其中一艘船的船长向甲板上的水手发送信息。水手将信息翻译成 摩尔斯电码 （点和划），并使用信号灯（带有百叶窗式遮光器的泛光灯）将信息发送到另一艘船。另一艘船甲板上的水手看到了摩尔斯电码信息，将其解码成英文，然后将信息发送给船长。

现在，想象一下，当两艘船分别位于海洋两岸，相距数千英里，并且两艘船之间有光纤通信系统时，情况会怎样？光纤中继系统由以下部分组成：

发射机

发射 器 就像是发送舰船上甲板上的水手，它接收并指挥光学装置按照正确的顺序“打开”和“关闭”灯光，从而产生光信号。

发射器在物理上靠近光纤，甚至可能配备透镜将光聚焦到光纤中。激光器的功率比LED更大，但受温度变化的影响更大，而且价格更昂贵。 最常见的光信号波长为850 nm、1300 nm和1550 nm（红外， 光谱 中不可见的部分 ）。

光再生器

如上所述， 光在光纤中传输时会发生一些 信号损耗 ，尤其是在长距离传输（例如海底电缆）时。因此，需要在电缆上连接一个或多个光再生器，以增强衰减的光信号。

光再生器 由带有特殊涂层（ 掺杂 ）的光纤组成。掺杂部分由 激光器 “泵浦”  。当衰减的信号进入掺杂涂层时，激光器的能量使掺杂分子 自身变成激光器 。然后，掺杂分子发射出新的、更强的光信号，其特性与输入的弱光信号相同。本质上，再生器是输入信号的激光放大器。

光接收器

光接收器 就像 接收船甲板上的水手。它接收传入的数字光信号，对其进行解码，然后将电信号发送到其他用户的 计算机 、 电视 或 电话 （接收船的船长）。接收器使用 光电管 或 光电二极管 来检测光。

为什么光纤系统会彻底改变电信行业？与传统的金属线（铜线）相比，光纤：

更便宜。 光纤电缆比铜线贵，但 维护成本也更低 。从长远来看，它能为您和您的互联网服务提供商节省开支。

更细。 光纤可以拉成比铜线更小的直径。

承载能力更高。 由于光纤比铜线细，因此在相同直径的电缆中 可以捆绑 比铜线更多的光纤。这使得同一根电缆可以承载更多电话线，或者让更多频道通过电缆接入有线电视盒。

信号衰减更少。 光纤中的信号损耗比铜线中的信号损耗更小。

不受光信号干扰。 与铜线中的电信号不同，一根光纤中的光信号不会干扰同一根线缆中其他光纤的信号。这意味着更清晰的电话通话或电视接收效果。

降低功率。 由于光纤中的信号衰减较小，因此可以使用低功率发射器代替铜线所需的高压电发射器。这同样可以节省您和您的提供商的成本。

具有数字信号。 光纤非常适合传输数字信息，这在计算机网络中尤其有用。

不易燃。 由于光纤中不传输电流，因此不会产生热量，从而降低了 火灾风险 。

重量轻。 光缆 比同类铜线 轻（光缆每1000英尺（305米）重4磅（2公斤），而铜线每1000英尺重39磅（18公斤）。光纤电缆在地面上占用的空间也更小。

灵活。 由于光纤非常灵活，能够传输和接收光，因此它们被用于许多柔性 数码相机， 用途如下：

由于这些优势，光纤在许多行业中都能看到，尤其是在电信和计算机网络中。例如，如果您从美国用座机拨打欧洲电话（反之亦然），信号经通信 卫星 反射后，您通常会听到回声。但有了跨大西洋光纤电缆，您就可以实现直接连接，而不会出现回声。

既然我们了解了光纤系统的工作原理及其用途，那么它们是如何制造的呢？光纤是由极其纯净的 光学玻璃 制成的。我们通常认为玻璃窗是透明的，但玻璃越厚，由于玻璃中含有杂质，透明度就越低。然而，光纤中的玻璃杂质比普通窗玻璃要少得多。

制造光纤需要以下步骤：

制作预制坯

预制件的玻璃采用一种称为改进的化学气相沉积 （MCVD）的 工艺制成。

在MCVD工艺中，氧气通过四氯化硅（SiCl4）、四氯化锗（GeCl4）、三氯化磷（PoCl3）和/或其他化学物质的溶液鼓泡。精确的混合比例决定了各种 物理和光学特性 （折射率、膨胀系数、熔点等）。然后，氧气蒸汽被导入特制 车床上的 合成二氧化硅 或 石英管 （包层）内部 。车床转动时，焊炬在管外上下移动。焊炬产生的高温会导致两种情况发生：

车床持续旋转，以制造均匀的涂层和一致的毛坯。通过在气体输送系统（阀块、管道、密封件）中使用耐腐蚀塑料，并精确控制混合物的流量和成分，来保持玻璃的纯度。预制坯的制作过程高度自动化，耗时数小时。预制坯冷却后，进行质量控制测试（ 折射率 ）。