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光纖傳輸是利用什麼原理

生活 更新时间:2024-07-20 23:10:39

一般我們可以通過電纜和光纖兩種方式來接入網絡,而我們所說的電纜就是通過銅線來傳播電信号,而光纖主要是傳播光信号。并且目前在布置網絡線路的時光纖已經逐漸取代了銅線成為了主要的連接設備。

光纖傳輸是利用什麼原理(傳播速度更快的銅線為什麼會被光纖取代)1

那麼光纖和銅線除了一個傳播電信号一個傳播光信号之外還有什麼區别呢?

1、光纖主要介紹

光纖,全稱光導纖維(又稱光學纖維),主要是由玻璃或者塑料制成。光在這些纖維中的傳播原理為全内反射(又稱全反射,是一種光學現象,經過不同折射率的介質,部分反射,部分折射)。一般來說光纖一端接入發光二極體或者激光發射器作為發射裝置,光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。光纖主要可以分為漸變光纖和突變光纖。也可以分為單模光纖和多模光纖。目前主要用于通信的光纖是玻璃光纖。

光纖傳輸是利用什麼原理(傳播速度更快的銅線為什麼會被光纖取代)2

光纖的主要優點是:

損耗低,其實低損耗光纖是在第一台激光器發明之後經過二十多年的攻關才制成的,而低損耗光纖也奠定了光通信的基礎,光通信開始高速發展。并且除了損耗低這個特性外,光纖損耗幾乎不随溫度而變化,不用擔心因環境溫度變化而造成信号的波動。

工作性能可靠:

一般來說一個系統的可靠性與組成該系統的設備數量有關。設備越多,發生故障的機會就越大。而‬光纖‬并不‬需要‬安裝‬放大‬器‬,所以‬光纖‬的‬可靠性‬很高‬。

抗幹擾性強:

光纖的基本成分是石英,隻傳光,不導電,不受電磁場的作用,故光纖傳輸對電磁幹擾、工業幹擾有很強的抵禦能力。也正因為如此,在光纖中傳輸的信号不容易被竊聽,因而利于保密。

2、光纖取代銅線的主要原因——時延

很多人一直覺得光纖傳播速度比銅線更快,其實這是錯誤的,理論上來說銅線中的電信号傳播速度大約為2.3*10^8m/s,光纖中光信号的傳播速度是2.0*10^8m/s。

根據現代物理學基礎,所有電磁波在真空中的傳播速度是3*10^8m/s。而光纖的主要傳播原理是利用了光的全反射,所以光信号在光纖中實際走的距離要大于光纖的長度,故速度上會低于銅線的電信号傳播速度。但是有時候并不是傳播速度更快性能就會更好,這個時候就得介紹一下時延的概念了。

時延:

在計算機網絡中關于“時延”定義為,假設我們通過手機A給手機B傳輸一個100Mb的文件,傳輸距離為1000km,從發送到顯示發送成功的“這段時間”為時延,而總延遲=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延。

其中發送時延為将數據發送到傳輸的介質上的時間、傳輸時延為将數據從傳輸介質A點到B點距離需要的時間、處理時延為路由器收到分組數據,需要存儲和轉發到下一個網絡需要時間、排隊時延為路由器需要處理很多分組數據,需要排隊等待處理時間。

我們在對比光纖和銅線的時延時可以忽略處理時延和排隊時延。

其中光纖的傳輸時延和處理時延主要是由:電信号轉化為光信号、光信号在光纖中傳輸、光信号轉化為電信号産生。

光纖傳輸是利用什麼原理(傳播速度更快的銅線為什麼會被光纖取代)3

而銅線雖然傳輸時延更短,但是銅線的信号質量沒有光纖那麼好,特别是在長距離的傳輸中信号容易被周圍的環境中斷,并且銅線的帶寬一般都是2~10Mb/s,而光纖的帶寬都是100Gb/s甚至可以達到1000Gb/s,那麼處理時延基本上可以忽略了。所以在長距離、高帶寬場景下光纖時延要比銅線小得多。

3、光纖會完全取代銅線嗎?

在大多數數據中心,由于對帶寬的高要求,光纖占據了市場主導地位,并且由于光纖不受電磁幹擾,光纖對安裝環境要求更低,因此光纖更容易安裝。

雖然光纖價格逐步降低,但是光纖整體價格還是更高,并且銅纜的日常維護成本遠低于光纖,銅線還對較舊的 10/100Mbps 傳統以太網設備的具有兼容性。因此在物聯網的應用中還是主要使用銅線的。

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因此光纖不會完全取代銅。并且在可預見的未來,光纖和銅纜解決方案将共存,每種解決方案都将用于最有意義的地方。

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