参数设置
波长窗口选择
数值孔径 NA
—
受光半角
—
°
临界角 θc
—
°
输出功率
—
mW
链路损耗
—
dB
带宽×距离
—
MHz·km
主要公式
$$NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2}$$ $$P(L) = P_0 \cdot 10^{-\alpha L/10}$$光线追踪（全反射动画）
光功率 vs 传输距离
调整纤芯和包层折射率，实时动画展示全反射光线传播。即时计算数值孔径、临界角、衰减量和带宽-距离积。
数值孔径 (NA) 决定了光纤接收光线的最大角度，是光纤集光能力的核心参数。
$$NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2}$$其中，$n_1$ 是纤芯折射率，$n_2$ 是包层折射率 ($n_1 > n_2$)。$NA$ 越大，光纤能接收的光线角度范围 ($\theta_{max}= \arcsin(NA)$) 就越大。
光功率衰减公式用于预测光信号在光纤中传输一定距离后的强度，是系统链路预算的基础。
$$P(L) = P_0 \cdot 10^{-\alpha L/10}$$其中，$P_0$ 是输入光功率 (mW或dBm)，$P(L)$ 是传输距离 $L$ (km) 后的输出功率，$\alpha$ 是衰减系数 (dB/km)。这个公式以分贝(dB)形式简洁地描述了功率的指数衰减。
长途骨干网与海底光缆：这是光纤通信的“高速公路”。利用1550nm波长窗口极低的衰减（可低至0.2 dB/km），配合掺铒光纤放大器（EDFA），可以实现跨洋数千公里无需光电转换的中继传输，承载全球互联网的绝大部分数据流量。
数据中心内部互联：在大型数据中心里，服务器机柜之间需要超高速、低延迟的连接。多模光纤（常用850nm窗口）因其较大的数值孔径便于光源耦合，被广泛应用于短距离（几百米内）的高速以太网和InfiniBand链路中。
光纤到户 (FTTH)：你家里的宽带很可能就是通过光纤接入的。这里常用单模光纤（1310nm或1550nm窗口），其极细的纤芯和小的数值孔径能有效抑制色散，保证长距离传输后信号依然清晰，让你能流畅观看高清视频。
工业与医疗传感：光纤不仅是传信号的“管道”，本身也可以作为传感器。例如，利用光纤中光信号的微小变化（如衰减、相位），可以监测桥梁的应力形变、油气管道的泄漏，或在医疗内窥镜中传输体内图像。
首先，“数值孔径（NA）越大越好”是一种片面的观点。虽然较大的NA通常能提高与光源的耦合效率，但代价是可能激发更多高阶模式，导致模式色散增大。例如，使用NA=0.3的多模光纤进行1公里传输时，脉冲展宽（色散）会比NA=0.2的光纤更为显著，在高速通信中可能导致信号质量下降。即使短距离布线中不明显，随着距离增加，这种影响将不可忽视。
其次，避免在模拟中将“损耗系数α”设置为脱离实际的值。例如，若将α设为0 dB/km，则会得到一种无论传输多远都无衰减的“理想光纤”，失去现实意义。实用的参考值为：单模光纤约0.2～0.4 dB/km，多模光纤约2～4 dB/km。建议基于这些数值，亲身体验“信号在100公里传输后强度衰减多少”。
最后，“单模”与“多模”的区别不仅在于纤芯直径。虽然在模拟中改变纤芯直径确实会影响传播模式数量，但在实际工程中，所用波长同样至关重要。例如，相同纤芯直径的光纤，在1.55μm波长下可能以单模传输，而在0.85μm波长下却可能表现为多模。调整参数时，请务必时刻关注波长、纤芯直径与折射率差三者之间的关系。
本模拟器核心的“光传播与束缚”概念，直接应用于集成光学和硅基光电子学领域。例如，硅芯片上形成的极细光波导，正是通过纤芯（硅）与包层（二氧化硅）的折射率差来束缚光线的微型光纤。在此学到的NA与模式概念，也与光开关、调制器的设计直接相关。
此外，对色散特性的理解在光纤激光器和光参量放大等领域至关重要。这些技术需要精确控制光纤中不同波长的光如何展宽及相互作用。通过模拟器观察脉冲展宽，可视为学习非线性光学效应的第一步。
更进一步，衰减计算公式 $$P(L) = P_0 \cdot 10^{-\alpha L / 10}$$ 在数学上与无线通信中的电波传播损耗（路径损耗）以及电路信号衰减具有相似性。这跨越了工程领域的界限，触及“信号在介质中传播的衰减”这一普遍物理模型。熟悉分贝（dB）单位的运用，亦可在声学工程与电子工程等领域加以应用。
作为下一步学习，推荐从公式层面探究“色散产生的原因”。模拟器中观察到的脉冲展宽主要源于“模式色散”与“波长色散”。模式色散由不同路径长度引起的延迟差导致；波长色散则源于材料折射率随波长变化（即折射率的波长色散）。要理解后者，可查阅如Sellmeier色散公式这类描述折射率与波长关系的表达式。
在数学背景方面，建议学习从麦克斯韦方程组出发推导波动方程，并通过边界条件求解模式分布的完整流程。起初可能感到困难，但通过了解模拟器中直观理解的“全反射”与“模式”如何用数学公式描述，理解将大幅深化。关键词是“亥姆霍兹方程”与“边界条件”。
最后，在通过此工具巩固基础后，可进一步学习实际的光通信系统设计。具体而言，思考此处涉及的“衰减”与“色散”如何影响系统的链路预算与传输带宽。例如：要传输10 Gbps信号至80公里距离，可容忍的色散量是多少？为满足此限制，应选择何种类型的光纤？请尝试挑战此类更贴近实际工程的问题。