参数设置
波长窗口选择
计算结果
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
光线追踪（全反射动画）
光功率 vs 传输距离
理论与主要公式
$$NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2}$$
$$P(L) = P_0 \cdot 10^{-\alpha L/10}$$
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 ($n_1 \gt n_2$)。$NA$ 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。
标准单模光纤参数：芯材折射率n1=1.4790，包层折射率n2=1.4600，光纤长度L=2000mm。数值孔径NA=√(1.4790²-1.4600²)=0.108，临界角θc=arcsin(1.4600/1.4790)=79.2°。光线入射角度大于79.2°时发生全反射，光信号可沿光纤传播2000mm距离，衰减约0.2dB（考虑石英玻璃材料特性）。