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。
图1
光纤刨面结构示意
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
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。
图2 光在折射率分布类
光纤中的传输过程
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。
项目
|
LED
|
半导体激光
|
数据速率
|
低
|
高
|
模式
|
多模
|
多模或单模
|
距离
|
短
|
长
|
生命期
|
长
|
短
|
温度敏感性
|
较小
|
较敏感
|
造价
|
低造价
|
昂贵
|
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。
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。
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
图3
光纤通信系统的基本构成
(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。
|
单模
(1310/1550nm)
|
多模50/125
(850/1300nm)
|
多模LSZH 50/125
(850/1300nm)
|
多模62.5/125
(850/1300nm)
|
多模扩展型
Grade 62.5/125
(850/1300nm)
|
室内 光纤
最大衰减值
典型衰减值
带宽(MHZ/km)
|
0.7/0.7
0.5/0.5
--/--
|
3.5/2.0
2.6/1.1
400/400
|
3.5/2.0
2.6/1.1
400/800
|
3.5/1.0
2.9/0.9
160/500
|
3.5/1.0
2.9/0.9
200/600
|
室外 光纤
最大衰减值
典型衰减值
带宽(MHZ/km)
|
0.5/0.4
0.4/0.3
--/--
|
3.5/2.0
2.6/1.1
400/400
|
3.5/2.0
2.6/1.1
400/800
|
3.5/1.0
2.9/0.9
160/500
|
3.5/1.0
2.9/0.9
200/600
|
|
室内和阻燃型
|
低烟及无毒气性能(LSZH)
|
|
-40ºC ~ +85ºC (-40ºF ~ +185ºF)
-20ºC ~ +85ºC (-4ºF ~ +185ºF)
|
-10ºC ~ +60ºC (+14ºF ~ +140ºF)
-10ºC ~ +60ºC (+14ºF ~ +140ºF)
|
|
|
LSZH及铝外衣
|
|
-40ºC ~ +75ºC (-40ºF ~ +167ºF)
-40ºC ~ +75ºC (-4ºF ~ +167ºF)
|
-20ºC ~ +60ºC (-4ºF ~ +190ºF)
-20ºC ~ +60ºC (-40ºF ~ +190ºF)
|
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。
·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。
图4 单芯
光缆
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。
图5 双芯双套
光缆
图6 四芯
光缆
表3 互联
光缆的机械性能
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。
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。
图8 分散式
光缆4~12芯
表5 分散式
光缆的机械性能
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。
图9 室外
光缆
表6 室外
光缆的机械性能
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。
图10 室外24~144芯
光缆
表7 室外
光缆24~144芯机械性能
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。
图11 室内/室外
光缆
表8 市内/室外
光缆机械性能
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。