光纤和同轴电缆相似,只是没有网状屏蔽层,中心是光传播的玻璃芯,在多模光纤中,芯的直径是15μm~50μm,大致与人的头发的粗细相当,而单模光纤芯的直径为8μm~10μm,芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套,以使光纤保持在芯内,再外面的是一层薄的塑料外套,用来保护封套。光纤通常被扎成束,外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体,它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。
光纤主要分以下两大类:
1)传输点模数类:传输点模数类分单模光纤(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。
2)折射率分布类:折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。
光纤有三种连接方式:首先,可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光,但是它使重新配置系统很容易。第二,可以用机械方法将其接合。方法是将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中,然后钳起来。可以让光纤通过结合处来调整,以使信号达到最大。机械结合需要训练过的人员花大约5分钟的时间完成,光的损失大约为10%。第三,两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。融合方法形成的光纤和单根光纤差不多是相同的,但也有一点衰减。对于这三种连接方法,结合处都有反射,并且反射的能量会和信号交互作用。
有两种光源可被用作信号源:发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性,如下表。
项目 LED 半导体激光
数据速率 低 高
模式 多模 多模或单模
距离 短 长
生命期 长 短
温度敏感性 较小 较敏感
造价 低造价 昂贵
光纤的接收端由光电二极管构成,在遇到光时,它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns,这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题,因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强,则出错率可以降到非常低的水平。
目前使用的接口有两种:无源接口由两个街头熔于主光纤形成。接头的一端有一个发光二极管或激光二极管(用于发送)。另一端有一个光电二极管(用于接收)。接头本身是完全无源的,因而是非常可靠的。
另一种接口被称作有源中继器(active repeater)。输入光在中继器中被转变成电信号,如果信号已经减弱,则重新放大到最强度,然后转变成光再发送出去。连接计算机的是一根进入信号再生器的普通铜线。现在已有了纯粹的光中继器,这种设备不需要光电转换,因而可以以非常高的带宽运行。