摘要：

本文主要介紹光纖傳輸信號正常范圍：速率、距離、帶寬等限制是如何定義的。光纖作為一種光學傳輸媒介，在現代通信中扮演著至關重要的角色。闡述這些限制不僅可以進一步了解光纖技術，也可以在實際使用光纖傳輸數據時提供指導和參考。

正文：

一、速率限制

光纖傳輸速率的限制主要由兩個因素影響：信號光子的能量和噪聲。信號光子的能量決定了一個光電探測器可以識別的最小光子數，而噪聲則會在傳輸過程中干擾信號，導致錯誤的識別。

光纖傳輸速率的最大限制由信號光子所能攜帶的能量決定。由于信號光子的能量受到光源的限制，所以在光源和探測器之間的光纖中，最高傳輸速率取決于光源的特性。具體而言，最高傳輸速率為約100 Gbps。

二、距離限制

光纖傳輸距離的限制主要由兩個因素影響：衰減和色散。衰減是指信號的能量衰減或損失，而色散是指信號的時間擴散或擴展。

在光纖傳輸過程中，光信號的能量會因為波長發生變化而產生衰減。這種衰減隨著距離的增加而增加，最終導致光信號消失。在光纖用于通信時，信號的最大傳輸距離由光纖的材料和直徑、光源的功率、接口件的損耗、光纖的純度和雜質等因素所決定。通常情況下，單模光纖的傳輸距離比多模光纖的傳輸距離更長，單模光纖的傳輸距離可以達到幾百千米以上，而多模光纖的傳輸距離一般不超過50千米。

三、帶寬限制

光纖傳輸帶寬的限制主要由兩個因素影響：光纖衍生出的色散和光源發出的強度限制。色散是指不同波長的光線在光纖中的傳輸速度不同，從而導致時間寬度擴大。由于光纖內有多種傳輸模式，并且步進指數不同，所以產生的色散也不同。因此，對于一定范圍內的波長，光纖存在一定的帶寬限制。

另一個帶寬限制是光源的發射強度。光源的輸出功率和光纖的損耗都會將光信號變弱，最終可能無法被識別。為了解決這個問題，人們發明了放大器來增加光信號的強度。然而，這還會引發一些問題，如非線性效應和光斑擴散，它們可能影響信號質量，從而限制光纖的帶寬。

四、單模光纖與多模光纖

單模光纖和多模光纖在光纖傳輸中有非常不同的特性限制。多模光纖在短距離傳輸中是一種效率較高的選擇，但是在長距離傳輸中會出現散射和色散，導致信號質量嚴重下降。相反，單模光纖可以傳送高速和高質量的信號，適用于傳輸距離較長且需要高帶寬的應用，但是也更加昂貴。

結論：

本文介紹了光纖傳輸信號正常范圍的三個方面：速率、距離和帶寬。通常情況下，單模光纖在速率、距離和帶寬等方面都比多模光纖更好，但是單模光纖也更加昂貴。在選擇合適的光纖時，需要考慮多種因素，例如傳輸距離、傳輸帶寬、成本和可用性等等。