我們發表有關光纖技術的基本背景信息和有關光纖布線系統設計的可靠指南為新手和專家提供了堅實的基礎。
迄今為止，光(guang)(guang)纜安裝已為公(gong)司，校園(yuan)，大(da)學，醫院(yuan)，圖書(shu)館，辦公(gong)室和家庭帶來了高速網絡通信。當前，光(guang)(guang)纖布(bu)線也正(zheng)成(cheng)(cheng)為閉路(lu)電(dian)視，政府網絡安全，工(gong)廠自動化系(xi)統和醫學成(cheng)(cheng)像網絡等的(de)(de)連接(jie)選擇。在未(wei)來的(de)(de)操作環境中(zhong)，諸(zhu)如同步光(guang)(guang)網絡，光(guang)(guang)纖分布(bu)式數據接(jie)口，異(yi)步傳(chuan)輸模式和光(guang)(guang)纖通道等標(biao)準的(de)(de)開發和實施有望(wang)加速光(guang)(guang)纜的(de)(de)安裝。
基本光(guang)纖元素
光纖光纜包括芯線，包層和涂層。由玻璃或塑料制成的纖芯是光纖的透光材料。纖芯越大，越多的光穿過光纖。包層在纖芯界面處提供低折射率，從而在纖芯內引起反射。這樣，光波被限制在光纖內。光纖涂層通常是多層塑料，用于保持光纖強度，吸收沖擊并保護纖芯和包層。
可以通過光線在光纖芯內(nei)傳(chuan)播(bo)的(de)(de)路徑(jing)或模(mo)式(shi)的(de)(de)類型來識(shi)別光纖。光纖的(de)(de)兩種基本(ben)類型是多(duo)模(mo)和單模(mo)。
多模光(guang)纖纖芯(xin)(xin)可以是階(jie)躍(yue)折(zhe)(zhe)射(she)率或漸變(bian)折(zhe)(zhe)射(she)率類型。階(jie)躍(yue)折(zhe)(zhe)射(she)率多模光(guang)纖的名稱源于纖芯(xin)(xin)和包層折(zhe)(zhe)射(she)率的急劇階(jie)梯狀差(cha)異。在普通的漸變(bian)折(zhe)(zhe)射(she)率多模光(guang)纖中，光(guang)線也會沿著多條路徑向(xiang)下引導。但是，與階(jie)躍(yue)折(zhe)(zhe)射(she)率光(guang)纖不同，漸變(bian)折(zhe)(zhe)射(she)率纖芯(xin)(xin)包含許多玻(bo)璃層，每層玻(bo)璃的折(zhe)(zhe)射(she)率都較低，因為這(zhe)些(xie)層從(cong)軸向(xiang)外延伸。
漸(jian)變(bian)(bian)的(de)作(zuo)用是(shi)使光線在(zai)外層中加速(su)，以匹(pi)配在(zai)核心軸上沿較短路徑(jing)行(xing)進的(de)光線。結果是(shi)漸(jian)變(bian)(bian)折(zhe)射(she)率(lv)多(duo)模光纖(xian)(xian)可(ke)(ke)均衡各(ge)種模式的(de)傳播(bo)時間。因此，在(zai)光脈(mo)沖(chong)開始重疊(die)并在(zai)接(jie)收器端(duan)變(bian)(bian)得難以區(qu)分之前，可(ke)(ke)以以更長的(de)距離和更高的(de)速(su)率(lv)發送(song)數據。商業上可(ke)(ke)獲得漸(jian)變(bian)(bian)折(zhe)射(she)率(lv)光纖(xian)(xian)，其(qi)纖(xian)(xian)芯直徑(jing)為50、62.5和100微米。
單模光纖僅允許單個光線路徑或模式沿纖芯向下傳輸。這種傳輸實際上消除了由于重疊的光脈沖而引起的任何失真。單模光纖的纖芯非常小，直徑大約為5到10微米。單模光纖比兩種多模光纖中的任何一種具有更高的容量和能力。例如，海底電信光纜可以在一對單模光纖上傳送60,000個語音通道。
光纖布線設計注意事項
為光(guang)纖(xian)布線選擇組件時，請考慮影響(xiang)傳輸性能的三個光(guang)纖(xian)因素：光(guang)纖(xian)尺寸，帶(dai)寬和衰(shuai)減。
光(guang)纖(xian)(xian)的(de)尺寸通常由其纖(xian)(xian)芯和包層的(de)外徑來表示。例如(ru)，50/125表示具(ju)有直(zhi)徑為(wei)50微(wei)米(mi)的(de)纖(xian)(xian)芯和直(zhi)徑為(wei)125微(wei)米(mi)的(de)包層的(de)光(guang)纖(xian)(xian)。（一(yi)微(wei)米(mi)等(deng)于一(yi)米(mi)的(de)百萬分之一(yi)；因此，25微(wei)米(mi)等(deng)于1/1000英寸。）
光(guang)纖芯(xin)直(zhi)徑可(ke)以(yi)在(zai)8到(dao)200微米之間，但是只能以(yi)某些尺(chi)(chi)寸在(zai)市場上買到(dao)。通常，對于這些光(guang)纖尺(chi)(chi)寸，包(bao)層直(zhi)徑范圍(wei)為(wei)125到(dao)230微米。通常，纖芯(xin)直(zhi)徑越小(xiao)，就低衰減和高帶寬而言，光(guang)纖性(xing)能越好。設計的權衡是，光(guang)纖尺(chi)(chi)寸越小(xiao)，光(guang)纖將從發(fa)射(she)器(qi)捕獲(huo)的光(guang)越少。這種情況有時需要(yao)使用大(da)功率發(fa)射(she)機(ji)。
實際考慮是，光(guang)纖(xian)(xian)尺寸必須與所使用的發(fa)射器(qi)(qi)(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)相匹配。在某些情況下，發(fa)射器(qi)(qi)(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)可能(neng)(neng)會針(zhen)對幾(ji)種(zhong)不同的光(guang)纖(xian)(xian)尺寸進(jin)行(xing)評估。在其他情況下，它們可能(neng)(neng)僅適用于特定的光(guang)纖(xian)(xian)尺寸。但是，在所有(you)情況下，必須共同考慮光(guang)纖(xian)(xian)的性能(neng)(neng)和(he)發(fa)射器(qi)(qi)(qi)/接(jie)收(shou)器(qi)(qi)(qi)。
帶寬(kuan)是光纖(xian)數(shu)據(ju)承載(zai)能力的度量。帶寬(kuan)值越(yue)(yue)大，光纖(xian)的信息容(rong)量越(yue)(yue)大。帶寬(kuan)以頻距(ju)形(xing)式(shi)（兆赫公里）表示。例(li)如，額定200 MHz-km的光纖(xian)可(ke)以將200 MH的數(shu)據(ju)移動1 km，或者將100 MH的數(shu)據(ju)移動2 km。
除了由帶(dai)寬限制的(de)(de)頻率(lv)(lv)引起的(de)(de)光(guang)脈沖(chong)(chong)的(de)(de)物理變(bian)化之外(wai)，隨著光(guang)脈沖(chong)(chong)穿(chuan)過(guo)光(guang)纖的(de)(de)傳播，光(guang)功率(lv)(lv)的(de)(de)水平也會(hui)降低。在指(zhi)定波長下，此光(guang)功率(lv)(lv)損耗或衰減以每公(gong)里分貝為單位(wei)表示(shi)。
光纖(xian)損(sun)耗(hao)
光是(shi)振蕩(dang)的電磁波。短波長存在于(yu)紫外線光譜中(zhong)。但是(shi)，光纖傳輸通常發生在紅外光譜中(zhong)。
波長以納米為單位-十億分之一米-代表同一波的兩個周期之間的距離。由于吸收，反射和散射，光纖中會發生不同波長的光功率損耗。這些損耗取決于特定的光纖及其尺寸，純度和折射率。
光(guang)(guang)(guang)纖(xian)針對(dui)在特定波長下(xia)的運行進行了(le)優化(hua)。例(li)如，對(dui)于工作(zuo)在1300 nm的50/125微米多模光(guang)(guang)(guang)纖(xian)，典型(xing)的損耗小于1 dB / km。對(dui)于工作(zuo)在850 nm的同一根光(guang)(guang)(guang)纖(xian)，通(tong)常(chang)小于3 dB / km（損耗50％）。這(zhe)兩個波長-850和1300 nm-是當前光(guang)(guang)(guang)纖(xian)系(xi)統(tong)(tong)最常(chang)指定的區域。光(guang)(guang)(guang)纖(xian)還(huan)針對(dui)單模光(guang)(guang)(guang)纖(xian)傳輸(shu)系(xi)統(tong)(tong)在1550 nm處(chu)進行了(le)優化(hua)。
微彎曲(qu)損(sun)失
沒有(you)保(bao)護，光(guang)(guang)纖容(rong)易(yi)發生微(wei)彎(wan)曲，這(zhe)可能導致芯內(nei)光(guang)(guang)功(gong)率的損失(shi)。微(wei)彎(wan)是由橫(heng)向機械力引起(qi)的微(wei)小(xiao)光(guang)(guang)纖偏差。為了克服這(zhe)個問題，使用(yong)了兩(liang)種(zhong)基(ji)本的光(guang)(guang)纖保(bao)護類型：松(song)散的緩(huan)沖層和緊密(mi)的緩(huan)沖層。
在松(song)散緩沖結構中(zhong)(zhong)，將(jiang)(jiang)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)放置在塑(su)料管(guan)(guan)(guan)中(zhong)(zhong)，該(gai)塑(su)料管(guan)(guan)(guan)的(de)內(nei)(nei)徑比光(guang)(guang)纖(xian)(xian)本身大(da)得多。然(ran)后，通常在塑(su)料管(guan)(guan)(guan)的(de)內(nei)(nei)部填充凝膠。松(song)套(tao)管(guan)(guan)(guan)將(jiang)(jiang)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)與作用在光(guang)(guang)纜(lan)(lan)上(shang)的(de)外(wai)部機械(xie)力(li)隔離開(kai)來。對于(yu)多光(guang)(guang)纖(xian)(xian)光(guang)(guang)纜(lan)(lan)，將(jiang)(jiang)幾根分別包含(han)一根或多根光(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)管(guan)(guan)(guan)與強度構件組合在一起，以使光(guang)(guang)纖(xian)(xian)不受應力(li)，并(bing)使光(guang)(guang)纜(lan)(lan)的(de)伸長和收縮最小化。
通過在(zai)制(zhi)造過程(cheng)中改變(bian)管內光(guang)纖的(de)(de)(de)數量(liang)，可(ke)以(yi)控制(zhi)由于溫度(du)變(bian)化引起(qi)的(de)(de)(de)微彎曲程(cheng)度(du)。以(yi)此方式，在(zai)溫度(du)范圍內的(de)(de)(de)衰減增加(jia)程(cheng)度(du)被最小化。
在緊緩(huan)沖(chong)結(jie)(jie)構(gou)中，塑料的(de)直接擠(ji)出用于(yu)(yu)覆(fu)蓋(gai)基礎光(guang)纖(xian)涂層。緊密(mi)的(de)緩(huan)沖(chong)結(jie)(jie)構(gou)可(ke)實現類似(si)光(guang)纖(xian)配置的(de)小巧輕便(bian)的(de)設計，并(bing)(bing)且(qie)通(tong)常會(hui)產生(sheng)柔性，耐擠(ji)壓的(de)光(guang)纜(lan)。但是，這種結(jie)(jie)構(gou)也導致光(guang)纖(xian)與溫(wen)度(du)變化應(ying)力之間的(de)隔離(li)度(du)降低(di)。并(bing)(bing)且(qie)，盡管比松散的(de)緩(huan)沖(chong)器相對靈活，但由于(yu)(yu)宏彎(wan)而導致的(de)急劇彎(wan)曲(qu)或扭曲(qu)的(de)緊密(mi)緩(huan)沖(chong)光(guang)纜(lan)會(hui)產生(sheng)可(ke)能超過標稱規格的(de)光(guang)損(sun)耗。
緊包緩沖結構的一種改進形式是分支光纜，其中緊緊緩沖的光纖被芳綸紗和通常由聚氯乙烯制成的護套包圍。然后，這些單光纖子單元元件被公用護套覆蓋，以形成分支光纜。這種“光纜內的光纜”結構具有直接，簡便地連接和安裝連接器的優點。
每種(zhong)類(lei)型的光(guang)(guang)纜結(jie)(jie)構都有其固(gu)有的優點和局(ju)限性。通常(chang)，松散緩沖的光(guang)(guang)纜用(yong)于室外安裝，而緊(jin)緩沖的光(guang)(guang)纜用(yong)于室內(nei)安裝。但是，一旦選擇了松散緩沖結(jie)(jie)構或緊(jin)密緩沖結(jie)(jie)構，系(xi)統設計人員(yuan)就已經決定了微彎曲損(sun)耗與獲(huo)得光(guang)(guang)學操作目標的靈活性之(zhi)間(jian)的權(quan)衡(heng)取舍。
對(dui)于安裝(zhuang)光纜(lan)，機(ji)械性(xing)能(neng)（例(li)如抗(kang)張強(qiang)度，抗(kang)沖擊性(xing)，撓曲(qu)和彎(wan)曲(qu)）是重(zhong)要的系統(tong)設計考(kao)(kao)慮因(yin)素。在安裝(zhuang)之前，系統(tong)設計人員(yuan)還必(bi)須考(kao)(kao)慮環境因(yin)素，例(li)如必(bi)須具有防潮性(xing)，耐化學性(xing)以及其他類型的大氣或地下條(tiao)件。
在(zai)安裝(zhuang)過程中承受(shou)的正常光纜(lan)負載最終可能(neng)會使光纖處于拉應力狀態。這(zhe)些應力水平可能(neng)會導致微彎(wan)曲(qu)損失，從而(er)導致衰減增加和可能(neng)的疲勞影響。
為(wei)了(le)幫助(zhu)在(zai)(zai)短期(qi)安裝和長期(qi)應(ying)用中(zhong)轉移應(ying)力負(fu)(fu)荷，在(zai)(zai)光纜結構中(zhong)增加了(le)各種內部強(qiang)度(du)構件(jian)(jian)。加強(qiang)件(jian)(jian)的添加提(ti)供(gong)了(le)與電子(zi)光纜類似(si)的拉伸負(fu)(fu)荷特性，通(tong)過使伸長率最小化來保持(chi)光纖不受應(ying)力。在(zai)(zai)某些情況(kuang)下，強(qiang)度(du)構件(jian)(jian)還可以用作溫度(du)穩定元件(jian)(jian)。
因(yin)為光纖在(zai)斷裂之(zhi)前幾乎沒有拉(la)伸，所以強度構件在(zai)預(yu)期的拉(la)伸載(zai)荷下必(bi)(bi)須具(ju)有較低(di)的伸長率。選擇強度構件時，必(bi)(bi)須研究(jiu)其他機械因(yin)素，例如(ru)抗沖(chong)擊性(xing)，撓曲(qu)性(xing)和彎(wan)曲(qu)性(xing)。
光纖(xian)(xian)光纜(lan)制造中使(shi)(shi)用(yong)的(de)常(chang)見(jian)強(qiang)度(du)構(gou)件包括芳綸(lun)紗(sha)，玻璃(li)光纖(xian)(xian)環(huan)(huan)氧棒(bang)和鋼絲。磅一(yi)磅，芳綸(lun)比鋼強(qiang)五倍。當需要全介(jie)電結構(gou)時(shi)(shi)，通常(chang)會(hui)選擇(ze)芳綸(lun)和玻璃(li)光纖(xian)(xian)環(huan)(huan)氧棒(bang)。當需要極冷(leng)的(de)溫度(du)性能時(shi)(shi)，通常(chang)建議使(shi)(shi)用(yong)鋼或(huo)玻璃(li)光纖(xian)(xian)環(huan)(huan)氧樹脂，因為(wei)它們具有更好的(de)溫度(du)穩(wen)定性。為(wei)了在(zai)室(shi)外應用(yong)中提供更好的(de)保護，可(ke)以指定光纜(lan)使(shi)(shi)用(yong)單層(ceng)或(huo)雙層(ceng)護套(tao)，也(ye)可(ke)以使(shi)(shi)用(yong)鎧裝的(de)光纜(lan)，以用(yong)于空中，地下管道和直接掩(yan)埋(mai)安裝。
光纖數
要指定光纜廠中使(shi)用的(de)光纖(xian)數量(liang)，系統(tong)設(she)計人員必(bi)須(xu)仔細評估潛(qian)在的(de)未(wei)來網絡需求。由于光纖(xian)技術的(de)快(kuai)速變化，這(zhe)一步(bu)驟至關重(zhong)要。
根據網絡中應用(yong)(yong)程(cheng)序的(de)(de)(de)數(shu)(shu)量(liang)和類型以(yi)及(ji)所需的(de)(de)(de)冗余級別，骨干網或每個配線(xian)間的(de)(de)(de)光纖(xian)數(shu)(shu)量(liang)范圍從2到100多個。由于昂貴的(de)(de)(de)多路復用(yong)(yong)設備，通常為每種應用(yong)(yong)使(shi)用(yong)(yong)單獨(du)的(de)(de)(de)專用(yong)(yong)光纖(xian)。即使(shi)某(mou)些系統明確指出所需的(de)(de)(de)光纖(xian)數(shu)(shu)量(liang)，也沒有(you)現行的(de)(de)(de)光纖(xian)數(shu)(shu)量(liang)規則(ze)。
例如(ru)，如(ru)果要用(yong)FDDI骨干網將(jiang)兩座建筑(zhu)物聯網，則建筑(zhu)物之間的(de)光(guang)纜中將(jiang)需要四根光(guang)纖(xian)(xian)-兩根光(guang)纖(xian)(xian)進行(xing)(xing)傳(chuan)輸，兩根光(guang)纖(xian)(xian)進行(xing)(xing)接(jie)收。但是，為了(le)適應(ying)將(jiang)來(lai)的(de)需求，應(ying)在系統主(zhu)干網中至少(shao)安裝兩倍數量(liang)的(de)光(guang)纖(xian)(xian)。安裝不僅(jin)可以(yi)滿足當前需求的(de)光(guang)纖(xian)(xian)數量(liang)，還可以(yi)安裝備用(yong)光(guang)纖(xian)(xian)以(yi)及其他(ta)用(yong)于(yu)將(jiang)來(lai)擴展的(de)光(guang)纖(xian)(xian)，從而確保了(le)靈活，可擴展的(de)光(guang)纜設備。
考慮到(dao)變量的(de)數(shu)量，要滿足(zu)當(dang)今的(de)需求，同時(shi)準備好適(shi)應(ying)迅速出現(xian)的(de)通信(xin)技術，為光纖網絡設(she)計解決方(fang)案并不是(shi)一件容易的(de)事。但是(shi)，花(hua)時(shi)間掌握(wo)和花(hua)費“未(wei)來(lai)證明(ming)”當(dang)今布線設(she)計所需資(zi)源的(de)系統設(she)計人員將可以(yi)更好地(di)定(ding)位，以(yi)方(fang)便快(kuai)捷地(di)升級其系統，以(yi)適(shi)應(ying)未(wei)來(lai)的(de)應(ying)用。
