光纤通信的基本原理是什么？它的传输方式是怎样的？
光纤通信（Optical Fiber Communication）是以激光为光源，以光在一种特殊的光导纤维为传输介质进行传送信息的一种通信方式。它具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点，是构成未来信息高速公路骨干网的主要通信方式。
就像电通信有有线和无线两种通信方式一样，由大气传送的光通信为无线方式，用光导纤维传送的光纤通信则是有线方式。
光纤通信系统单向通信的工作原理如图1-10所示。
图中，话音信号经过普通电子电路组成的电信发送机发送信号，经光导纤维传递。光纤通信系统和一般有线通信系统相似，光纤系统在线路上传送信息的运载工具是激光，有线通信是频率比光波低的电信号。
光在光纤中传输时会产生一定的损耗，所以在长途光纤通信中，每隔一定距离设置有再生放大能力的光中继器，以使得光信号保持足够的强度。光信号由光导纤维送到接收端以后，激光接收机将已调制的光信号变成电信号，再由电信接收机还原为话音信号。
光纤通信工作波长在于近红外区。
光纤通信工作波长在于近红外区，波段有：
O波段：1260nm到1310nm
E波段：1360nm到1460nm
S波段：1460nm到1530nm
C波段：1535nm到1565nm
L波段：1565nm到1625nm
U波段：1640nm到1675nm
单模光纤通常工作在1310nm、1550nm和1625nm。
2 光纤结构与光在光纤中的传送
光纤裸纤一般分为三层：
1)纤芯（core）：折射率较高，用来传送光；
2)包层（cladding）：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；
3)保护层：保护光纤。
n = Index of refraction（折射率），光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比率。
n1=纤芯折射率；n2=包层折射率，n1>n2，形成形成全反射条件。
3 单模与多模
外径一般为125um(一根头发平均100um)
内径：单模9um 多模50/62.5um
4 数值孔径（Numerical Aperture）
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径（NA = sinα），不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
5 光的散射
光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。此时引起的光能量损失，光的传输不再具有很好的方向性。
二进位的 0, 1 在发送端是明确的分离脉冲
脉冲在接收端变为延伸和变形，并重叠在一起, 使不能正确解码。
6 瑞利散射（Rayleigh Scattering ）
光纤中的瑞利散射：是一种基本损耗机制，是由于在制造过程中光纤密度的随机涨落引起折射率的局部起伏，使得光向各个方向散射。
7 背向散射（Backscatter）
光纤中的光功率绝大部分为前向传播,但有很少部分朝发光器背向散射。
OTDR正是利用背向散射来测光缆线路的损耗，长度等。
光在光纤中传播时会发生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅尔反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光这一特点，采集光脉冲的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光电一体化仪表。
8 菲涅尔反射（Fresnel Reflection）
当光入射到折射率不同的两个媒质分界面时，一部分光会被反射，这种现象称为菲涅尔反射。如果光在光纤中的传输路径为光纤—空气—光纤，由于光纤和空气的折射率不一样，将产生菲涅尔反射。
9 色散（Chromatic dispersion）
光纤中由光源光谱成分中不同波长的不同群速度所引起的光脉冲展宽的现象。
材料色散
光纤材料石英玻璃的折射率对不同的传输光波长有不同的值，许多不同波长的太阳光通过棱镜以后可分成七种不同颜色就是一个证明。由于上述原因，材料折射率随光波长而变化从而引起脉冲展宽的现象称为材料色散。
波导色散
由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。
把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
光纤的折射率分布
10 模场直径（Mode Field Diameter）
大部分光集中在纤芯，部分进入包层，这一更宽的分布称为模场直径。
单模光纤中的基模场并没有完全集中在纤芯中，有一部分的能量存在于包层中。所以不能像多模光纤那样用纤芯直径表示横截面上的传光范围，只能用模场直径来表示。模场直径是衡量单模光纤横截面上基模场分布的一个物理量。
模场直径用来表征在单模光纤的纤芯区域基模光的分布状态。基模在纤芯区域轴心线处光强最大，并随着偏离轴心线的距离增大而逐渐减弱。 一般将模场直径定义为光强降低到轴心线处最大光强的1/(e^2)的各点中两点最大距离。
11 光纤衰减（Optical Attenuation）
光纤中光功率沿纵轴逐渐减小。光功率减小与波长有关。光纤链路中，光功率减小主要原因是散射、吸收，以及连接器和熔接接头造成的光功率损耗。衰减的单位为dB。
产生原因：使光纤产生衰减的原因很多，主要有：吸收衰减，包括杂质吸收和本征吸收；散射衰减，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；其它衰减，包括微弯曲衰减等。其中最主要的是杂质吸收引起衰减。
光纤衰减系数（fiber attenuation coefficient）：每公里光纤对光信号功率的衰减值。单位：dB/km。
光纤弯曲损耗
光纤对弯曲非常敏感，过度弯曲 = 光溢出。如果弯曲半径 <20x 外径，则大部分光都会从涂层溢出。单模光缆比多模光缆对弯曲损耗更敏感。
两种弯曲都会发生光损耗：Macrobend（宏弯） 和Microbend（微弯）。
Macrobend
当Macrobend弯曲被纠正，可以得到恢复。
Microbend
Microbend无法恢复，比如由线缆捆扎过紧造成。
12 光纤的熔接
13 光纤连接器
光纤适配器
PC/UPC/APC光纤截面
光纤接头的截面应该分为PC、UPC、APC。
PC和UPC为光纤微球型端面是与陶瓷体的端面是平行的，工业标准的回波损耗分别为-35dB和-50dB。
APC截面8度倾斜角，为了减少反射，工业标准的回波损耗为-60dB。
14 耦合器（Coupler）
光纤耦合器（Coupler）又称分路器（Splitter），是将光信号从一条光纤中分至多条光纤中的元件。
耦合器是双向无源器件，基本形式有树型、星型。
光纤通信的特点
（1）通信容量大。载波频率越高，可用的频带就越宽，通信容量越大。激光的频率约在1013～1015 Hz，因此一根光纤可同时传递150万路电话或几千路彩色电视。如果把几十根光纤合在一起制成光缆，虽然直径不过1～2cm，但其通信容量却十分巨大，这是任何其他通信所无法比拟的。
（2）抗干扰能力强。制造光纤的玻璃材料是绝缘介质，因此抗电磁干扰的能力特别强，强电场、雷电等对光纤通信几乎没有影响，即使在核辐射的情况下也能正常工作。
（3）原料资源丰富。不论是有线或无线的各种方式的电通信，都需要使用大量的有色金属，但是制造光导纤维的玻璃材料二氧化硅，在地球上可以说是取之不尽、用之不竭。
（4）线路架设方便。光纤质量轻，体积小又能自由弯曲，在外表套上塑料就可以制成柔软、坚韧的光缆，可在各种地形条件下铺设通信线路，架设十分方便。
（5）损耗小。实用的光纤均为Si02（石英）系光纤，要减小光纤损耗，主要是靠提高玻璃纤维的纯度来达到，由于目前制成的Si02玻璃介质的纯净度极高，所以光纤的损耗极低，在光波长A=l. 55um附近，衰耗有最低点，可低至0.2dB/km，已接近理论极限值。
由于光纤的损耗低，中继距离可以很长，因此在通信线路中可减少中继站的数量，从而可以降低成本，同时又提高通信质量。