综合布线基础知识——光纤

综合布线基础知识——光纤一、光纤光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介.是一条玻璃或塑胶纤维,作为让讯息通过的传输媒介。通常「光纤」与「光缆」两个名词会被混淆.多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为「光缆」.光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水,火,电击等.光缆分为:光纤,缓冲层及披覆.光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。光纤的特性由於光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光讯号而非电讯号.因此,光纤具有很多独特的优点.如:宽频宽.低损耗.屏蔽电磁辐射.重量轻.安全性.隐密性.光纤系统的运作你可能知道任何通讯传输的过程包括:编码→传输→解码,当然,光纤系统的传输过程也大致相同.电子讯号输入后,透过传输器将讯号数位编码,成为光讯号,光线透过光纤为媒介,传送到另一端的接受器,接受器再将讯号解码,还原成原先的电子讯号输出.光纤光缆的运用光缆的应用区分,可分为3种:专业用途,一般屋外,一般屋内.在专业用途上包括海底光缆,高压电塔上之空架光缆,核能电厂之抗辐射光缆,化工业之抗腐蚀光缆等.而一般屋内及一般屋外的分类差异,依各型光缆依制造设计时之特质,其所适用之范围各有不同.光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架,地下道,直接埋设,管道间铺设,室内用。光纤的历史1880-AlexandraGrahamBell发明光束通话传输1960-电射及光纤之发明1977-首次实际安装电话光纤网路1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电1990-区域网路及其他短距离传输应用之光纤2000-到屋边光纤=到桌边光纤光纤的分类光纤主要分以下两大类:1）传输点模数类传输点模数类分单模光纤(SingleModeFiber)和多模光纤(MultiModeFiber)。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。ITU对光纤给出的标准：G.651是多模光纤。G.652是常规单模光纤，零色散点在1300nm，现在分G.652A、B、C、D几种，主要的区别在于PMD。G.652光纤的特点是当工作波长在1300nm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受损耗限制。G.653是色散位移光纤（DSF），主要特点是1550nm为零色散点，造成这个原因是通过波导色散进行色散平移的结果。使低损耗与零色散在同一工作波长上。但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；哪果有微量色散，FWM干扰反而有还会减小，针对这一现像，科学家们研制了一种新型光纤，NZ-DSF。G.654光纤是超低损耗光纤，主要用于跨洋光缆，常见的纤芯是纯的SiO2，而普通的光纤纤芯要掺锗。在1550nm附近的损耗最小，仅为0.185dB/km，但在此区域色散比较大，约17～20ps/〔nm*km〕，但在1300nm波长区域色散为零。G.655光纤是非零色散位移光纤（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特点是1550nm的色散接近零，但不是零。是一种改进的色散位移光纤，以抑制四波混频。G.656光纤是未来导向光纤，G656的工作波长明显增大，包括S，C和L波段（1460到1625nm）。G.652单模光纤满足ITU-T.G.652要求的单模光纤，常称为非色散位移光纤，其零色散位于1．3um窗口低损耗区，工作波长为1310nm（损耗为0．36dB/km）。我国已敷设的光纤光缆绝大多数单模光纤和多模光纤是这类光纤。随着光纤光缆工业和半导体激光技术的成功推进，光纤线路的工作波长可转移到更低损耗（0.22dB/km）的1550nm光纤窗口。G.653单模光纤满足ITU-T.G.653要求的单模光纤，常称色散位移光纤（DSF=DispersionShifledFiber），其零色散波长移位到损耗极低的1550nm处。这种光纤在有些国家，特别在日本被推广使用，我国京九干线上也有所采纳。美国AT&T早期发现DSF的严重不足，在1550nm附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用。但在日本，将色散补偿技术*用于G.653单模光纤线路，仍可解决问题，而且未见有日本的G.655光纤，似属个谜。G.655单模光纤满足ITU-T.G.655要求的单模光纤，常称非零色散位移光纤或NZDSF（=NonZeroDispersionShiftedFiber）。属于色散位移光纤，不过在1550nm处色散不是零值（按ITU-T.G.655规定，在波长1530-1565nm范围对应的色散值为0.1-6.0ps/nm*km），用以平衡四波混频等非线性效应。商品光纤有如AT&T的TrueWave光纤，Corning的SMF-LS光纤（其零色散波长典型值为1567.5nm，零色散典型值为0.07ps/nm2*km）以及Corning的LEAF光纤。我国的大宝实光纤等。2)折射率分布类折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。光纤波长1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。1550nm波长的光在G.652光纤上传输时衰减因数很小，单纯从衰减因数考虑，1550nm波长的光在相同的光功率下传输的距离大于1310nm波长的光下的传输的距离，但是实际情况并非如此，单模光纤带宽B与色散因数D的关系为：B=132.5/（Dl*D*L）GHz其中L为光纤的长度，Dl为谱线宽度，对于1550nm波长的光，其色散因数为20ps/(nm.km)，假设其光谱宽度等于1nm，传输距离为L=50公里，则有：B=132.5/（D*L）GHz=132.5MHz特性参数1、衰耗系数a：其规定与物理含义与多模光纤完全相同，在此不多叙述。2、色散系数D(λ)：我们已经知道，光纤的色散可以分为三大部分即模式色散、材料色散与波导色散。而对于单模光纤而言，由于实现了单模传输所以不存在模式色散的问题，故其色散主要表现为材料色散与波导色散（统称模内色散）。综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散，统称色散系数。色散系数可以这样理解：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值。因此，L公里光纤由色散引起的脉冲展宽值为：σ=δλ•D（λ）•L（2.17）其中：δλ为光源谱宽σ为根均方展宽值色散系数越小越好。光纤的色散系数越小，就意味着其带宽系数越大即传输容量越大。例如CCITT建议在波长1.31微米处单模光纤的色散系数应小于3.5ps/km.nm。经过计算，其带宽系数在25000MHz•km以上，是多模光纤的60多倍（多模光纤的带宽系数一般在1000MHz•km以下）。3、模场直径d：模场直径表征单模光纤集中光能量的程度。由于单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径（实际上基模光斑并没有明显的边界）。可以极其粗略地认为（很不严格的说法），模场直径d和单模光纤的纤芯直径相近。4、截止波长λc：我们知道，当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余的高次模全部截止。也就是说，除了光纤的参量如纤芯半径，数值孔径必须满足一定条件外，要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值，即λ≥λc，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。因此，截止波长λc的含义是，能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。也就是说，尽管其它条件皆满足，但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长，仍不可能实现单模传输。5、回损---ReturnLoss：反射损耗又称为回波损耗，它是指出光端，后向反射光相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。二、光纤接头FC圆型带螺纹(配线架上用的最多)ST卡接式圆型SC卡接式方型(路由器交换机上用的最多)PC微球面研磨抛光APC呈8度角并做微球面研磨抛光MT-RJ方型,一头双纤收发一体(华为8850上有用)光纤模块:一般都支持热插拔,GBICGigaBitrateInterfaceConverter,使用的光纤接口多为SC或ST型SFP小型封装GBIC,使用的光纤为LC型使用的光纤:单模:L,波长1310单模长距LH波长1310,1550多模:SM波长850SX/LH表示可以使用单模或多模光纤在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含义如下前面部分表示尾纤的连接器型号“SC”接头是标准方型接头，采用工程塑料，具有耐高温，不容易氧化优点。传输设备侧光接口一般用SC接头“LC”接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。“FC”接头是金属接头，一般在ODF侧采用，金属接头的可插拔次数比塑料要多。连接器的品种信号较多，除了上面介绍的三种外，还有MTRJ、ST、MU等。后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛，其接头截面是平的。，PC是PhysicalConnection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构，APC和PC类似，但采用了特殊的研磨方式，PC是球面，APC是斜8度球面“UPC”的衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的设备，一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，主要是为提高ODF设备自身的指标。另外，在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”型号，其尾纤头采用了带倾角的端面，可以改善电视信号的质量，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接头耦合面是垂直的时候，反射光沿原路径返回。由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面，此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的，所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号，表现在画面上就是重影。尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。一般数字信号一般不存在此问题三、光纤耦合器光纤耦合器用于在配线架中连接两个光纤连接头,保证两根光纤的对准连接。光纤耦合器有多模和单模两种规格,并带有彩色标识和防尘盖。光纤耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、连接器、适配器、法兰盘，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。光纤耦合器可分标准耦合器(属于波导式，双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率)、直连式耦合器(连接2条相同或不同类型光纤接口的光纤,以延长光纤链路)、星状／树状耦合器、以及波长多工器(WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM)，制作方式则有烧结(Fuse)、微光学式(MicroOptics)、光波导式(WaveGuide)三种，而以烧结式方法生产占多数(约有90％)。烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要