光纖、光纜

一、光纖
1、概述

光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15mm~50mm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8mm~10mm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護。纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護層。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 光纖刨面結(jié)構(gòu)示意

陸地上的光纖通常埋在地下1米處，有時會受到地下小動物的破壞。在靠近海岸的地方，越洋光纖外殼被埋在溝里。在深水中，它們處于底部，極有可能被魚類咬壞或被漁船撞壞。

2、分類

光纖主要分以下兩大類:

1）傳輸點模數(shù)類

傳輸點模數(shù)類分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小,在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上,能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。

2)折射率分布類

折射率分布類光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護層的折射率都是一個常數(shù)。在纖芯和保護層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小,在纖芯與保護層交界處減小為保護層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。折射率分布類光纖光束傳輸如圖2所示。

圖2 光在折射率分布類光纖中的傳輸過程

3、連接方式

光纖有三種連接方式。首先，可以將它們接入連接頭并插入光纖插座。連接頭要損耗10%到20%的光，但是它使重新配置系統(tǒng)很容易。

第二，可以用機械方法將其接合。方法是將兩根小心切割好的光纖的一端放在一個套管中，然后鉗起來?？梢宰尮饫w通過結(jié)合處來調(diào)整，以使信號達到最大。機械結(jié)合需要訓(xùn)練過的人員花大約5分鐘的時間完成，光的損失大約為10%。

第三，兩根光纖可以被融合在一起形成堅實的連接。融合方法形成的光纖和單根光纖差不多是相同的，但也有一點衰減。對于這三種連接方法，結(jié)合處都有反射，并且反射的能量會和信號交互作用。

4、發(fā)送和接收

有兩種光源可被用作信號源：發(fā)光二極管LED(light-emitting diode)和半導(dǎo)體激光ILD(injection laser diode)。它們有著不同的特性，如下表。

光纖的接收端由光電二極管構(gòu)成，在遇到光時，它給出一個點脈沖。光電二極管的響應(yīng)時間一般為1ns，這就是把數(shù)據(jù)傳輸速率限制在1Gb/s內(nèi)的原因。熱噪聲也是個問題，因此光脈沖必須具有足夠的能量以便被檢測到。如果脈沖能量足夠強，則出錯率可以降到非常低的水平。

5、接口

目前使用的接口有兩種。無源接口由兩個街頭熔于主光纖形成。接頭的一端有一個發(fā)光二極管或激光二極管（用于發(fā)送）。另一端有一個光電二極管（用于接收）。接頭本身是完全無源的，因而是非常可靠的。

另一種接口被稱作有源中繼器(active repeater)。輸入光在中繼器中被轉(zhuǎn)變成電信號，如果信號已經(jīng)減弱，則重新放大到最強度，然后轉(zhuǎn)變成光再發(fā)送出去。連接計算機的是一根進入信號再生器的普通銅線?，F(xiàn)在已有了純粹的光中繼器，這種設(shè)備不需要光電轉(zhuǎn)換，因而可以以非常高的帶寬運行。

二、光纜

光導(dǎo)纖維是一種傳輸光束的細(xì)微而柔韌的媒質(zhì)。光導(dǎo)纖維電纜由一捆纖維組成,簡稱為光纜。光纜是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì),它有以下幾個優(yōu)點:

(1)頻帶較寬。
(2)電磁絕緣性能好。光纖電纜中傳輸?shù)氖枪馐?由于光束不受外界電磁干擾與影響,而且本身也不向外輻射信號,因此它適用于長距離的信息傳輸以及要求高度安全的場合。當(dāng)然,抽頭困難是它固有的難題,因為割開的光纜需要再生和重發(fā)信號。
(3)衰減較小?？梢哉f在較長距離和范圍內(nèi)信號是一個常數(shù)。
(4)中繼器的間隔較大,因此可以減少整個通道中繼器的數(shù)目,可降低成本。根據(jù)貝爾實驗室的測試,當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸速率為420Mbps且距離為119公里無中繼器時,其誤碼率為10—8,可見其傳輸質(zhì)量很好。而同軸電纜和雙絞線每隔幾千米就需要接一個中繼器。

在使用光纜互聯(lián)多個小型機的應(yīng)用中,必須考慮光纖的單向特性,如果要進行雙向通信,那么就應(yīng)使用雙股光纖。由于要對不同頻率的光進行多路傳輸和多路選擇,因此在通信器件市場上又出現(xiàn)了光學(xué)多路轉(zhuǎn)換器。

在普通計算機網(wǎng)絡(luò)中安裝光纜是從用戶設(shè)備開始的。因為光纜只能單向傳輸。為了實現(xiàn)雙向通信,光纜就必需成對出現(xiàn),一個用于輸入,一個用于輸出。光纜兩端接光學(xué)接口器。

安裝光纜需格外謹(jǐn)慎。連接每條光纜時都要磨光端頭,通過電燒烤或化學(xué)環(huán)氯工藝與光學(xué)接口連在一起,確保光通道不被阻塞。光纖不能拉得太緊,也不能形成直角。

光纖的類型由模材料(玻璃或塑料纖維)及芯和外層尺寸決定,芯的尺寸大小決定光的傳輸質(zhì)量。常用的光纖纜有:

·8.3μm 芯、125μm 外層、單模。
·62.5μm 芯、125μm外層、多模。
·50μm 芯、125μm外層、 多模。
·100μm 芯、140μm外層、多模。

三、 光纖通信系統(tǒng)及其構(gòu)成
1、光纖通信系統(tǒng)

光纖通信系統(tǒng)是以光波為載體、光導(dǎo)纖維為傳輸媒體的通信方式,起主導(dǎo)作用的是光源、光纖、光發(fā)送機和光接收機。

·光源是光波產(chǎn)生的根源。
·光纖是傳輸光波的導(dǎo)體。
·光發(fā)送機的功能是產(chǎn)生光束,將電信號轉(zhuǎn)變成光信號,再把光信號導(dǎo)入光纖。
·光接收機的功能負(fù)責(zé)接收從光纖上傳輸?shù)墓庑盘?并將它轉(zhuǎn)變成電信號,經(jīng)解碼后再作相應(yīng)處理。

2、組成

光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖3所示:

圖3 光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成

光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點有:

(1)傳輸頻帶寬,通信容量大。
(2)線路損耗低,傳輸距離遠(yuǎn)。
(3)抗干擾能力強,應(yīng)用范圍廣。
(4)線徑細(xì),重量輕。
(5)抗化學(xué)腐蝕能力強。
(6)光纖制造資源豐富。

在網(wǎng)絡(luò)工程中,一般用62.5μm/125μm規(guī)格的多模光纖,有時也用100μm/125μm和100μm/140μm規(guī)格的光纖。戶外布線大于2公里時可選用單模光纖。在進行綜合布線時需要了解的光纖的一些基本特性,現(xiàn)以AMP(安普)公司的光纖線纜產(chǎn)品為例說明。表1和表2分別為光纖性能指標(biāo)和使用溫度范圍。

表1 安普光纖線纜的特性

表2 安普光纖的溫度適用范圍

為了便于閱讀以下的表格,先對直徑、重量、拉力、彎曲半徑作如下解釋:

·直徑:單位用mm表示。
·重量:用kg/km表示。
·拉力:拉力單位用N(牛頓)。對拉力分兩種情況說明:安裝時最大為2700N;安裝后,即長期為440N;
·彎曲半徑:指光纜安裝拐彎時的彎曲半徑。

四、光纜的種類和機械性能
1. 單芯互聯(lián)光纜
(1) 應(yīng)用范圍

·跳線。
·內(nèi)部設(shè)備連接。
·通信柜配線面板。
·墻上出口到工作站的連接。
·水平拉線,直接端接。
·適用于使用環(huán)氧樹脂或LIGHTCRIMP連接頭端接。

(2)性能優(yōu)點

·高性能的單模和多模光纖符合所有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
·900μm緊密緩沖外衣易于連接與剝除。
·Aramid抗拉線增強組織,提高了對光纖的保護。
·UL/CSA驗證符合OFNR和OFNP性能要求。
·設(shè)計和測試均根據(jù)Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1標(biāo)準(zhǔn)。
·擴展級別62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995標(biāo)準(zhǔn)。

互聯(lián)光纜單芯物理結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　

圖4 單芯光纜

2.雙芯互聯(lián)光纜
(1)應(yīng)用范圍

·交連跳線。
·水平走線直接端接。
·光纖到桌。
·通信柜配線面板。
·墻上出口到工作站的連接。
·適用于使用環(huán)氧樹脂或LIGHTCRIMP連接頭端接。

(2)性能與特點

·光纖之間易于區(qū)分。
·高性能的單模和多模光纖符合所有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
·900μm緊密緩沖外衣易于連接與剝除。
·Aramid抗拉線增強組織提高了對光纖的保護。
·UL/CSA驗證符合OFNR和OFNP性能要求。
·設(shè)計和測試均根據(jù)Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1標(biāo)準(zhǔn)。
·擴展級別62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995標(biāo)準(zhǔn)。

互聯(lián)光纜雙芯物理結(jié)構(gòu)如圖5所示。4芯光纜的物理結(jié)構(gòu)如圖6所示?；ヂ?lián)光纜的機械性能如表3所示。

　

圖5 雙芯雙套光纜


圖6 四芯光纜


表3 互聯(lián)光纜的機械性能
3.分布式光纜
(1)應(yīng)用范圍

·多點信息口水平布線。
·垂直布線。
·大樓內(nèi)主干布線。
·從設(shè)備間到無源跳線間的連接。
·從主干分支到各樓層應(yīng)用。
·適用于膠水型光纖連接頭以及LIGHTCRIMP光纖頭端接。

(2)性能與特點

·高性能的單模和多模光纖符合所有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
·900μm緊密緩沖外衣易于連接與剝除。
·按照EZA標(biāo)準(zhǔn)色碼標(biāo)識。
·UL/CSA驗證符合OFNR和OFNP性能要求。
·設(shè)計和測試均根據(jù)Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1標(biāo)準(zhǔn)。
·擴展級別62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995標(biāo)準(zhǔn)。
·防護網(wǎng)可抵擋尖銳物損傷。

分布式光纜分多單元分散型12芯光纜和多單元分散型24～72芯兩種,其物理結(jié)構(gòu)如圖7所示。

　

圖7 分布式光纜

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