光纤的基本知识

什么是光纤

光纤的机构如下图，是一种双层结构的纤维状透明材质（玻璃和塑料）构成的。能够使用光纤中的纤芯传导光信号来传输数字信号。

单模与多模

不同材质的光纤因为透光率、折射率，线芯直径等因会影响光的传导。其中线芯直径对光的传导影响很大。
对于光纤我们首先需要知道两点：

  1. 入射角度过大的光线会在纤芯和包层的边界折射出去。这也就意味着光纤只能反射入射角较小的光信号；
  2. 光也是波，因此光也具备相位。由于反射角产生的相位变化。当朝反射面前进的光和被反射回来的光交会，如果两条光线相位不一致，就会彼此发生干涉抵消。也就是说只有相位一致的光纤才会继续在光纤中传导（想象朝平静的睡眠水面扔石头，如果两边都有墙壁，那么向墙壁前进的水波与从墙壁返回的水波相交，相位相同则加强，不同则抵消）。这样，对于从光纤中传播的光信号，只有几个特定的角度入射的光信号，前进的光和被反射的光相位一致，所以只有特定角度入射的光线才能朝对端前进。
    1. 线芯的直径就是根据这些角度确定的。纤芯会极大地改变光纤的特性。

光纤根据纤芯的直径大小会划分成几种类型，大体包括单模光纤和较粗的多模光纤。

单模光纤

  1. 直径：8～10 μm；
  2. 只有入射角很小的光线才能进入，可以说单模光纤的纤芯直径就是按照只允许相位一致的最小角度的光进入而设计的；
  3. 能够通过的光线较少，因此对于光源和光敏元件的性能要求高，因此价格昂贵，这也会导致光信号失真较少
  4. 信号失真还与光在纤芯传导时反射的次数有关。反射角越小，光线走过的距离越长。单模光纤可通信距离长。

多模光纤

  1. 直径：50μm 或 62.5μm
  2. 多模光纤较粗，入射角比较大的光线也可以进入，这样，在相位一致的角度中，不仅入射角度小的光线能够通过，一些入射角度大的光线也能通过，即有多条光线在纤芯中同时传导。
  3. 多条光线同时传导在多模光纤内也就意味着，对于设备来说光源和光敏元件的性能要求低，从而价格便宜；（相对于单模光纤信号失真会更大）
  4. 反射角越大的光线，反射次数越多，走过的距离也就越长。光通过的距离会影响到达对端的时间，结果就是多条光线到达的时间不一致，信号的宽度就会被拉升，造成信号失真。所以多模光纤的可通信距离短。

FTTH 主要使用单模光纤。

它的特性是怎么样的

光信号的形成

光信号的形成：数字信号 —> 电信号 —> 光信号

  1. 这里的电信号很简单，高电压表示1，低电压表示0。通过将电信号输入LED、激光耳机光等光源后，这些光源根据信号电压的变化发光；1发光亮，0发光暗。
  2. 光信号通过光纤传导到对端，在接收端有光敏元件来感应光纤明暗，光敏元件根据光的明暗产生不同的高低电压；最终电信号转换成数字信号，对端就接收到数据了。

使用不同波长的光来区分上下行流量

上下行光信号在光纤中混合在一起，信号会变得无法识别，因此需要对上下行流量进行区分，办法是使用不同波长的光来分别用在上下行光信号上。

波长不同的光可以通过棱镜原理进行分离，因此光纤中的上下行流量即便混合到一起也可以被分开识别，像这样一条光纤中使用不同的波长传输多个光信号的方式叫做波分复用。

与ADSL 相比较

ADSL 由多频段、多波调制出信号形成电波；光信号，使用亮表示1、暗表示0。
ADSL 将以太网帧拆分成信元发送到电话局的DSLAM（局端多路Modem）；用户端的发光设备将以太网电信号直接转换成光信号，光信号并没有重新封装以太网帧，可以认为以太网帧原原本本地转换成了光信号。

FTTH 流程

FTTH 接入如上图，大体分为两类。
一种是一根光纤直接从用户端连接到最近的电话局。也就是光纤直连。
另一种光纤的连接方式是在用户附近安装一个分光器设备，通过这个设备让光纤分路。这样做的主要目的是为了节省成本。因为分光器可以连接多个用户，然后复用一根到电话局的光纤。

FTTH 使用光纤分路降低成本

使用分光器的情况下，用户不再使用光纤收发器，而是使用一种叫做ONU（Optical Network Unit， 光网络但愿） 的设备。这个设备会为用户端提供光电信号转换的功能。

在电话局这一端，光纤连接BAR 之前会先连接到OLT（Optical Line Terminal）设备上。

这里需要注意的时，与光纤直连的接入方式相比，分光器和OLT 之间的光纤是多个用户共用的，因此，需要一种机制来避免多个用户同时收发网络包而产生信号碰撞。OLT 和ONU 具备通过调整信号收发的时机来避免碰撞的能力。

具体来说，OLT 会调整信号发送时机并向ONU 下指令，ONU则根据OLT 的指令来发送数据。反过来，当BAR 向用户发送数据时，分光器只需要将信号发给所有用户就可以了，这里并不会发生碰撞，但是这样会使一个用户的数据传递到其他用户的网络中，早晨信息泄漏，因此需要在每个包前面加上用于识别ONU 的信息，当ONU 收到信号后，只会接收发给自己的光信号。

ONU: Optical Network Unit，光网络单元。它和光纤收发器一样，可以将电信号转换成光信号，除此之外还具有和电话局的OLT 相互配合避免信号碰撞的功能。这个设备也被称作终端盒，因此终端盒这个词本身是对光纤收发器和ONU 等光纤终端设备的统称。