迄今为止讨论的数字通信技术已导致光和卫星通信研究的发展。让我们看看它们。

光纤

光纤可以理解为以光频率工作的介电波导。装置或管子，如果弯曲或终止以辐射能量，通常称为波导。下图描绘了一束光缆。

电磁能以光的形式通过它。沿着波导的光传播可以用一组被引导的电磁波来描述，这些电磁波被称为波导的模式。

工作原则

研究光纤时，一个基本的光学参数应该有所了解，就是折射率。按照定义，“真空中光速与物质中光速之比就是材料的折射率n 。”它表示为-

$$ n = \ frac {c} {v} $$

哪里，

c =自由空间中的光速= 3×10 ⁸ m / s

v =介电或非导电材料中的光速

通常，对于行进的光线，当n ₂ 1时发生反射。光线在界面处的弯曲是两种折射率不同的材料光速不同的结果。界面处这些角度之间的关系可以称为斯涅尔定律。它表示为-

$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$

哪里，

$ \ phi _1 $是入射角

$ \ phi _2 $是折射角

n ₁和n ₂是两种材料的折射率

对于光密材料，如果反射发生在同一材料内，则这种现象称为内部反射。下图显示了入射角和折射角。

如果入射角$ \ phi _1 $大得多，则点处的折射角$ \ phi _2 $变为π/ 2。超出此点，则无法进一步折射。因此，这样的点称为临界角$ \ phi _c $ 。当入射角$ \ phi_1 $大于临界角时，满足全内反射的条件。

下图清楚地显示了这些术语。

如果光线进入玻璃，在这种情况下，光线会被全反射回玻璃中，而不会从玻璃表面逸出光。

纤维部分

最常用的光纤是半径为a且折射率为n _1的单个实心电介质圆柱体。下图说明了光纤的各个部分。

这个圆柱体被称为光纤的核心。固态介电材料围绕芯，这称为包层。包层的折射率n ₂小于n ₁ 。

覆层有助于-

• 减少散射损耗。
• 增加纤维的机械强度。
• 保护芯子不吸收不需要的表面污染物。

光纤种类

根据芯的材料组成，通常使用两种类型的纤维。他们是-

• 阶跃折射率光纤-纤芯的折射率始终均匀，并在包层边界处发生突变(或阶跃)。

• 渐变折射率光纤-纤芯折射率被制成从光纤的中心的径向距离的函数而变化。

这两个都进一步分为-

• 单模光纤-它们被激光激发。

• 多模光纤-它们被LED激发。

光纤通讯

通过研究光纤的各个部分，可以很好地理解光纤的通信系统。下图显示了光纤通信系统的主要元件。

基本组件是光信号发送器，光纤和光电检测接收器。诸如光纤和电缆熔接机和连接器，再生器，分束器和光放大器之类的附加元件可用来改善通信系统的性能。

功能优势

光纤的功能优势是-

• 光纤电缆的传输带宽高于金属电缆。

• 光纤电缆中的数据传输量更高。

• 功率损耗非常低，因此有助于长距离传输。

• 光纤电缆具有很高的安全性，不能被窃听。

• 光纤电缆是最安全的数据传输方式。

• 光纤电缆不受电磁干扰。

• 这些不受电气噪声的影响。

物理优势

光纤电缆的物理优势是-

• 这些电缆的容量远高于铜线电缆。

• 尽管容量更高，但是电缆的尺寸并没有像铜线布线系统那样增加。

• 这些电缆占用的空间要少得多。

• 这些FOC电缆的重量比铜电缆轻得多。

• 由于这些电缆是电介质，因此不存在火花隐患。

• 这些电缆比铜电缆更耐腐蚀，因为它们易于弯曲且柔软。

• 制造光缆的原材料是玻璃，它比铜便宜。

• 光纤电缆的使用寿命比铜电缆更长。

缺点

尽管光纤具有许多优点，但它们具有以下缺点-

• 尽管光缆的使用寿命更长，但是安装成本却很高。

• 中继器的数量应随距离增加。

• 如果不装在塑料护套中，它们很脆弱。因此，与铜相比，需要更多的保护。

光纤的应用

光纤有许多应用。其中一些如下-

• 用于电话系统

• 用于海底电缆网络

• 用于计算机网络，CATV系统的数据链路

• 用于闭路电视监控摄像机

• 用于连接消防，警察和其他紧急服务。

• 用于医院，学校和交通管理系统。

• 它们具有许多工业用途，也用于重型建筑。