實體層與傳輸媒介
光纖(optical fiber)
想像一條細如髮絲、由極純玻璃製成的線,一端有一支微小雷射每秒開關數十億次。每次亮光是一個 1、每段空檔是一個 0,光沿著玻璃飛奔到另一端的偵測器。這就是光纖:一種以玻璃(有時是塑膠)中的光脈衝、而非銅中的電流來承載資料的媒介。
在光纖彎折轉向時,使光不從側面漏出的,是一個美妙的物理現象——全反射。光纖有兩層:中央的玻璃核心,與包覆在外、折射率略低的玻璃包層(光在其中跑得稍快一點)。當核心內的光以夠淺的角度打到與包層的界面時,它會被完全反射回核心、而非逸出——於是光被困住、一路反彈著走下光纖,即使繞過和緩的彎也幾乎不向外漏失。發射端(雷射或 LED)注入光;另一端的光偵測器把抵達的脈衝變回電氣位元。
光纖勝過銅線的優點全面而徹底:龐大的頻寬(搭配 WDM 可達每秒數兆位元)、極低的衰減使訊號能在再生器之間跑數十公里、以及對電磁干擾完全免疫,因為光不理會附近的馬達或閃電。它也難以在不被察覺下被竊聽。這就是為什麼它構成網際網路骨幹、海底電纜、以及越來越多進入家戶的連結。代價是成本、脆弱(玻璃彎得太急會折斷)、以及它要求的精密熔接與接頭。
一對跨大西洋光纖在數千公里的海床上承載每秒數兆位元。光脈衝在玻璃中損耗的能量極少,光放大器只需每 80–100 公里設一個,相較之下銅線會需要不斷地增益。
全反射把光困在核心裡,讓它能繞彎而幾乎不損耗。
光纖的低衰減並非為零,而它在長距離上的速度限制往往是色散(不同光線或波長略為先後抵達、把脈衝塗糊),而不是功率。這個色散問題正是單模光纖被造出來要解決的。
又称
另见