知识扫盲之光纤、光缆...

一、光纤 1、概述 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。其结构如图1所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/64115t30009-1.gif" alt=""/>
 陆地上的光纤通常埋在地下1米处，有时会受到地下小动物的破坏。在靠近海岸的地方，越洋光纤外壳被埋在沟里。在深水中，它们处于底部，极有可能被鱼类咬坏或被渔船撞坏。 2、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(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。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。 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。折射率分布类光纤光束传输如图2所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/11747t30009-2.gif" alt=""/>
 3、连接方式 光纤有三种连接方式。首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光，但是它使重新配置系统很容易。 第二，可以用机械方法将其接合。方法是将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。可以让光纤通过结合处来调整，以使信号达到最大。机械结合需要训练过的人员花大约5分钟的时间完成，光的损失大约为10%。 第三，两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。融合方法形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，但也有一点衰减。对于这三种连接方法，结合处都有反射，并且反射的能量会和信号交互作用。 4、发送和接收 有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性，如下表。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/1658252.20.t1.jpg" alt=""/>
 光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。 5、接口 目前使用的接口有两种。无源接口由两个街头熔于主光纤形成。接头的一端有一个发光二极管或激光二极管（用于发送）。另一端有一个光电二极管（用于接收）。接头本身是完全无源的，因而是非常可靠的。 另一种接口被称作有源中继器(active repeater)。输入光在中继器中被转变成电信号，如果信号已经减弱，则重新放大到最强度，然后转变成光再发送出去。连接计算机的是一根进入信号再生器的普通铜线。现在已有了纯粹的光中继器，这种设备不需要光电转换，因而可以以非常高的带宽运行。 二、光缆 光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点: (1)频带较宽。 (2)电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号, 因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开的光缆需要再生和重发信号。 (3)衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。 (4)中继器的间隔较大,因此可以减少整个通道中继器的数目,可降低成本。根据贝尔实验室的测试, 当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为10—8,可见其传输质量很好。 而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。 在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为了实现双向通信,光缆就必需成对出现,一个用于输入, 一个用于输出。光缆两端接光学接口器。 安装光缆需格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头,通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起,确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。 光纤的类型由模材料(玻璃或塑料纤维)及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光纤缆有: 8.3μm 芯、125μm 外层、单模。 62.5μm 芯、125μm外层、多模。 50μm 芯、125μm外层、多模。 100μm 芯、140μm外层、多模。 三、光纤通信系统及其构成 1、光纤通信系统 光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。 光源是光波产生的根源。 光纤是传输光波的导体。 光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。 光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理。 2、组成 光纤通信系统的基本构成如图3所示: 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/47180t30009-3.gif" alt=""/>
 光纤通信系统的主要优点有: (1)传输频带宽,通信容量大。 (2)线路损耗低,传输距离远。 (3)抗干扰能力强,应用范围广。 (4)线径细,重量轻。 (5)抗化学腐蚀能力强。 (6)光纤制造资源丰富。 在网络工程中,一般用62.5μm/125μm规格的多模光纤,有时也用100μm/125μm和100μm/140μm规格的光纤。户外布线大于2公里时可选用单模光纤。在进行综合布线时需要了解的光纤的一些基本特性, 现以AMP(安普)公司的光纤线缆产品为例说明。表1和表2分别为光纤性能指标和使用温度范围。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/1256952.59.t2.jpg" alt=""/>
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 为了便于阅读以下的表格,先对直径、重量、拉力、弯曲半径作如下解释: 直径:单位用mm表示。 重量:用kg/km表示。 拉力:拉力单位用N(牛顿)。对拉力分两种情况说明:安装时最大为2700N;安装后,即长期为440N; 弯曲半径:指光缆安装拐弯时的弯曲半径。 四、光缆的种类和机械性能 1. 单芯互联光缆 (1) 应用范围 跳线。 内部设备连接。 通信柜配线面板。 墙上出口到工作站的连接?/li> ·水平拉线,直接端接。 适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。 (2)性能优点 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。 Aramid抗拉线增强组织,提高了对光纤的保护。 UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。 设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 互联光缆单芯物理结构如图4所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/70211t30009-4.gif" alt=""/>
 2.双芯互联光缆 (1)应用范围 交连跳线。 水平走线直接端接。 光纤到桌。 通信柜配线面板。 墙上出口到工作站的连接。 适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。 (2)性能与特点 光纤之间易于区分。 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。 Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。 UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。 设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 互联光缆双芯物理结构如图5所示。4芯光缆的物理结构如图6所示。互联光缆的机械性能如表3所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/74781t30009-5.gif" alt=""/>
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 3.分布式光缆 (1)应用范围 多点信息口水平布线。 垂直布线。 大楼内主干布线。 从设备间到无源跳线间的连接。 从主干分支到各楼层应用。 适用于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头端接。 (2)性能与特点 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。 按照EZA标准色码标识。 UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。 设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 防护网可抵挡尖锐物损伤。 分布式光缆分多单元分散型12芯光缆和多单元分散型24～72芯两种,其物理结构如图7所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/15248t30009-7.gif" alt=""/>
 分布式光缆的机械性能如表4所示。 表4 分布式光缆的机械性能 4.分散式光缆 (1)应用范围 分散光缆组合。 多根光纤交插连接,结构坚固。 ·水平光纤到多站点出口,端接简单、直接。 ·适于环氧树脂光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头直接端接。 (2)性能与特点 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。 2.4mm独立光纤辅单元,允许带套连接头端接。 UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。 设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 走线方式高度灵活。 Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。 分散式光缆有4芯、6芯、8芯、12芯。它的物理结构如图8所示，机械性能如表5所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/60042t30009-8.gif" alt=""/>
 5.室外光缆4～12芯铠装型与全绝缘类型 (1)应用范围 园区中楼宇之间的连接。 长距离网络。 主干线系统。 本地环路和支路网络。 严重潮湿、温度变化大的环境。 架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋、悬吊缆/服务缆。 (2)性能与特点 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。 套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入。 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。 聚乙烯外衣对紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。 低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯,又分铠装和全绝缘型,其物理结构如图9所示，其机械性能如表6所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/95276t30009-9.gif" alt=""/>
 6.室外光缆24～144芯铠装类型与全绝缘类型 (1)应用范围 园区中楼宇之间的连接。 长距离网络。 主干线系统。 本地环路和支路网络。 严重潮湿、温度变化大的环境。 架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋。 (2)性能与特点 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 绝缘结构可避免雷击。 套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 Aramid抗拉线增强组织性能,提高对光纤的保护。 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。 低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室外光缆24～144芯光缆分全绝缘和铠装,规格有24、36、48、60、72、96、144芯7种, 其物理结构如图10所示，其机械性能如表7所示。 　<img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/1720230009-10.gif" alt=""/>
 7.单管全绝缘型室内/室外光缆 (1)应用范围 在不需任何互联设备情况下,由户外延伸到户内,线缆具有阻燃特性。 园区中楼宇之间的互连。 本地线路和支路网络。 严重潮湿、温度变化极大的环境。 架空连接(和悬缆线一起使用时)。 地下管道或直埋。 ·悬吊缆/服务缆。 (2)性能与特点 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。 LSZH的设计符合低毒、无烟的要求。 套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 Aramid抗拉线增强组织提高对了光纤的保护。 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。 低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯,其物理结构如图11所示，其机械性能如表8所示。 <img src="http://www.dvbbs.net/ShowImg.asp?p=/2006-3-18/5806930009-11.gif" alt=""/>
 在进行综合布线时,应根据实际应用情况,参考光缆的应用范围和机械性能指标,选择合适的光缆产品。