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(jin)為止(zhi)，光纜(lan)安裝已為公(gong)司(si)，校園，大學，醫(yi)院，圖書館，辦(ban)公(gong)室(shi)和家庭帶來(lai)了高(gao)速網(wang)(wang)絡(luo)通信。當(dang)前，光纖布線也正成為閉路電視，政府網(wang)(wang)絡(luo)安全，工廠自動化系統和醫(yi)學成像網(wang)(wang)絡(luo)等的(de)連接選擇。在未來(lai)的(de)操作環境中，諸如同(tong)步(bu)光網(wang)(wang)絡(luo)，光纖分布式數據接口，異步(bu)傳輸模式和光纖通道等標(biao)準的(de)開發和實施有望加(jia)速光纜(lan)的(de)安裝。
基本光纖元素
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(ke)以(yi)通過光線在(zai)光纖芯內傳播(bo)的(de)(de)路徑或模式的(de)(de)類(lei)型來識別光纖。光纖的(de)(de)兩(liang)種基本類(lei)型是多模和(he)單模。
多(duo)模(mo)光纖(xian)(xian)(xian)纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)可以是階(jie)躍折(zhe)射率(lv)(lv)或(huo)漸(jian)變折(zhe)射率(lv)(lv)類型。階(jie)躍折(zhe)射率(lv)(lv)多(duo)模(mo)光纖(xian)(xian)(xian)的(de)名稱源(yuan)于纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)和包層(ceng)折(zhe)射率(lv)(lv)的(de)急劇階(jie)梯狀差異。在普(pu)通的(de)漸(jian)變折(zhe)射率(lv)(lv)多(duo)模(mo)光纖(xian)(xian)(xian)中(zhong)，光線也會沿著多(duo)條(tiao)路徑(jing)向下引導。但是，與(yu)階(jie)躍折(zhe)射率(lv)(lv)光纖(xian)(xian)(xian)不同，漸(jian)變折(zhe)射率(lv)(lv)纖(xian)(xian)(xian)芯(xin)包含(han)許多(duo)玻(bo)(bo)璃層(ceng)，每層(ceng)玻(bo)(bo)璃的(de)折(zhe)射率(lv)(lv)都較(jiao)低(di)，因為這些層(ceng)從(cong)軸向外延伸。
漸(jian)變(bian)(bian)的(de)作用(yong)是(shi)使光(guang)線(xian)在(zai)(zai)(zai)外(wai)層中加速，以匹配在(zai)(zai)(zai)核心軸上沿較短路(lu)徑行進(jin)的(de)光(guang)線(xian)。結果是(shi)漸(jian)變(bian)(bian)折射(she)率(lv)多模(mo)光(guang)纖(xian)可均(jun)衡各(ge)種(zhong)模(mo)式的(de)傳播時間(jian)。因(yin)此，在(zai)(zai)(zai)光(guang)脈沖(chong)開始重疊并在(zai)(zai)(zai)接收器端(duan)變(bian)(bian)得難以區分之前，可以以更長的(de)距離和(he)更高的(de)速率(lv)發送(song)數(shu)據(ju)。商業上可獲(huo)得漸(jian)變(bian)(bian)折射(she)率(lv)光(guang)纖(xian)，其纖(xian)芯(xin)直徑為(wei)50、62.5和(he)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(wei)光(guang)纖(xian)布線選擇組件時(shi)，請考慮影響傳輸(shu)性(xing)能(neng)的(de)三個(ge)光(guang)纖(xian)因(yin)素(su)：光(guang)纖(xian)尺寸，帶寬和衰減。
光(guang)纖(xian)的(de)尺(chi)寸(cun)通常由其纖(xian)芯和包層(ceng)的(de)外(wai)徑(jing)(jing)(jing)來(lai)表示。例如(ru)，50/125表示具有直徑(jing)(jing)(jing)為(wei)50微(wei)(wei)米(mi)的(de)纖(xian)芯和直徑(jing)(jing)(jing)為(wei)125微(wei)(wei)米(mi)的(de)包層(ceng)的(de)光(guang)纖(xian)。（一(yi)微(wei)(wei)米(mi)等于一(yi)米(mi)的(de)百萬分之一(yi)；因(yin)此，25微(wei)(wei)米(mi)等于1/1000英寸(cun)。）
光纖芯直徑可以在8到200微米(mi)之(zhi)間，但是只能(neng)以某些尺(chi)寸在市場上買到。通(tong)(tong)常，對(dui)于(yu)這(zhe)些光纖尺(chi)寸，包層直徑范(fan)圍為125到230微米(mi)。通(tong)(tong)常，纖芯直徑越(yue)小，就低衰減和高帶寬而言，光纖性(xing)能(neng)越(yue)好。設計的(de)權衡是，光纖尺(chi)寸越(yue)小，光纖將從發射器(qi)捕獲(huo)的(de)光越(yue)少。這(zhe)種情況(kuang)有時需(xu)要使用(yong)大(da)功率(lv)發射機。
實際(ji)考慮是，光(guang)纖(xian)(xian)尺寸必(bi)(bi)須與所使用的(de)發(fa)射器(qi)(qi)(qi)和(he)接(jie)收(shou)(shou)器(qi)(qi)(qi)相匹(pi)配。在某些情況下(xia)，發(fa)射器(qi)(qi)(qi)和(he)接(jie)收(shou)(shou)器(qi)(qi)(qi)可能會針對幾(ji)種不(bu)同的(de)光(guang)纖(xian)(xian)尺寸進(jin)行評(ping)估。在其他情況下(xia)，它們可能僅(jin)適(shi)用于特定的(de)光(guang)纖(xian)(xian)尺寸。但是，在所有情況下(xia)，必(bi)(bi)須共同考慮光(guang)纖(xian)(xian)的(de)性能和(he)發(fa)射器(qi)(qi)(qi)/接(jie)收(shou)(shou)器(qi)(qi)(qi)。
帶(dai)(dai)寬是光纖數(shu)(shu)據承(cheng)載能(neng)力的(de)度(du)量(liang)。帶(dai)(dai)寬值(zhi)越大，光纖的(de)信息容量(liang)越大。帶(dai)(dai)寬以頻距形式（兆赫公(gong)里）表示。例如，額(e)定(ding)200 MHz-km的(de)光纖可以將200 MH的(de)數(shu)(shu)據移動(dong)1 km，或者將100 MH的(de)數(shu)(shu)據移動(dong)2 km。
除(chu)了由(you)帶寬限制的(de)頻率引起(qi)的(de)光(guang)(guang)脈(mo)沖的(de)物理變化之外(wai)，隨著光(guang)(guang)脈(mo)沖穿過(guo)光(guang)(guang)纖(xian)的(de)傳播，光(guang)(guang)功率的(de)水平(ping)也(ye)會降(jiang)低。在指定波長(chang)下，此光(guang)(guang)功率損(sun)耗或衰減以每公里分貝(bei)為單(dan)位表(biao)示。
光纖(xian)損耗
光(guang)(guang)是(shi)(shi)振(zhen)蕩的電(dian)磁波。短波長存(cun)在(zai)(zai)于紫外線光(guang)(guang)譜(pu)(pu)中。但是(shi)(shi)，光(guang)(guang)纖傳(chuan)輸通(tong)常發(fa)生在(zai)(zai)紅外光(guang)(guang)譜(pu)(pu)中。
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)纖針對在特定波長下的(de)(de)(de)運行進(jin)行了優化。例(li)如(ru)，對于工作(zuo)在1300 nm的(de)(de)(de)50/125微米(mi)多(duo)模光(guang)(guang)纖，典型的(de)(de)(de)損(sun)耗小于1 dB / km。對于工作(zuo)在850 nm的(de)(de)(de)同一根(gen)光(guang)(guang)纖，通常(chang)小于3 dB / km（損(sun)耗50％）。這(zhe)兩個波長-850和1300 nm-是當前(qian)光(guang)(guang)纖系統最(zui)常(chang)指定的(de)(de)(de)區域。光(guang)(guang)纖還針對單模光(guang)(guang)纖傳輸系統在1550 nm處進(jin)行了優化。
微彎曲損失
沒(mei)有保(bao)護(hu)，光纖(xian)容(rong)易發(fa)生(sheng)微(wei)彎(wan)曲，這可能(neng)導致芯內光功率的損(sun)失。微(wei)彎(wan)是由(you)橫(heng)向機械力引起的微(wei)小光纖(xian)偏(pian)差。為(wei)了克服這個問題，使用了兩種基本的光纖(xian)保(bao)護(hu)類型：松散的緩(huan)沖層和緊密的緩(huan)沖層。
在松(song)(song)散(san)緩沖結(jie)構中，將光(guang)纖(xian)放(fang)置(zhi)在塑(su)料管(guan)中，該(gai)塑(su)料管(guan)的內徑比光(guang)纖(xian)本身大得多。然后，通(tong)常在塑(su)料管(guan)的內部填充凝膠。松(song)(song)套管(guan)將光(guang)纖(xian)與(yu)作用在光(guang)纜上(shang)的外部機(ji)械力(li)隔離開來。對于多光(guang)纖(xian)光(guang)纜，將幾(ji)根分別包含一根或多根光(guang)纖(xian)的管(guan)與(yu)強度構件組合在一起，以使(shi)光(guang)纖(xian)不受應力(li)，并使(shi)光(guang)纜的伸長和(he)收縮最小化。
通過在(zai)制(zhi)造(zao)過程(cheng)(cheng)中改變管內光纖的數量，可(ke)以(yi)控制(zhi)由于(yu)溫度(du)變化引起的微彎曲程(cheng)(cheng)度(du)。以(yi)此方式，在(zai)溫度(du)范圍內的衰(shuai)減增加(jia)程(cheng)(cheng)度(du)被最小(xiao)化。
在緊緩沖結構中(zhong)，塑料的(de)直接擠出用于覆蓋基礎(chu)光(guang)(guang)纖涂(tu)層。緊密的(de)緩沖結構可實現類似光(guang)(guang)纖配置的(de)小巧輕便(bian)的(de)設(she)計，并(bing)且(qie)通常會產生(sheng)柔(rou)性，耐擠壓的(de)光(guang)(guang)纜(lan)(lan)。但是(shi)，這種結構也導(dao)致光(guang)(guang)纖與溫(wen)度變化(hua)應力之(zhi)間的(de)隔離度降低。并(bing)且(qie)，盡管比(bi)松散(san)的(de)緩沖器(qi)相對靈活，但由于宏彎而導(dao)致的(de)急劇彎曲(qu)或扭曲(qu)的(de)緊密緩沖光(guang)(guang)纜(lan)(lan)會產生(sheng)可能超(chao)過標稱規格的(de)光(guang)(guang)損耗(hao)。
緊包緩沖結構的一種改進形式是分支光(guang)纜(lan)，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。
每種類型的(de)光纜結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)都有(you)其固有(you)的(de)優點和(he)局限性。通常(chang)，松(song)散緩(huan)沖的(de)光纜用(yong)于(yu)室外(wai)安(an)裝，而緊(jin)緩(huan)沖的(de)光纜用(yong)于(yu)室內安(an)裝。但是，一旦選擇了(le)松(song)散緩(huan)沖結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)或緊(jin)密緩(huan)沖結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，系統(tong)設計人(ren)員(yuan)就已經(jing)決定了(le)微彎曲損耗與(yu)獲(huo)得(de)光學(xue)操作目(mu)標的(de)靈活性之間的(de)權衡取舍。
對于安(an)裝光纜，機(ji)械性(xing)能(neng)（例如抗(kang)張強度，抗(kang)沖(chong)擊性(xing)，撓曲(qu)和彎曲(qu)）是重(zhong)要的系(xi)統設計考(kao)慮(lv)因素。在(zai)安(an)裝之前，系(xi)統設計人員還(huan)必(bi)須考(kao)慮(lv)環境(jing)因素，例如必(bi)須具(ju)有防潮性(xing)，耐化學性(xing)以及其(qi)他類型的大氣或地下條件。
在安裝過程中承受的正常光纜(lan)負載最終(zhong)可(ke)能會使光纖(xian)處于拉應力(li)狀(zhuang)態。這些應力(li)水平可(ke)能會導致微彎曲(qu)損失，從(cong)而導致衰減增(zeng)加和可(ke)能的疲勞影(ying)響。
為了(le)幫助在短(duan)期安裝和長期應(ying)(ying)用中(zhong)轉移應(ying)(ying)力(li)負荷(he)，在光纜結構(gou)(gou)中(zhong)增加了(le)各種內(nei)部強度構(gou)(gou)件(jian)(jian)。加強件(jian)(jian)的(de)添加提(ti)供了(le)與電(dian)子光纜類(lei)似的(de)拉伸負荷(he)特性，通過(guo)使伸長率(lv)最小化來保持光纖不(bu)受應(ying)(ying)力(li)。在某些情況下，強度構(gou)(gou)件(jian)(jian)還可以用作溫(wen)度穩定(ding)元件(jian)(jian)。
因(yin)為(wei)光纖在斷裂之前幾乎沒有拉伸(shen)，所以強(qiang)度構件在預(yu)期的拉伸(shen)載(zai)荷(he)下(xia)必須(xu)具有較低(di)的伸(shen)長率。選擇(ze)強(qiang)度構件時，必須(xu)研(yan)究(jiu)其他機械(xie)因(yin)素，例如抗(kang)沖擊性(xing)，撓曲性(xing)和彎曲性(xing)。
光(guang)(guang)纖(xian)光(guang)(guang)纜制造中使(shi)用的(de)(de)(de)常(chang)見強度(du)構件包(bao)括(kuo)芳(fang)(fang)綸紗，玻璃(li)光(guang)(guang)纖(xian)環(huan)氧棒和鋼絲。磅一磅，芳(fang)(fang)綸比鋼強五(wu)倍。當需要全介(jie)電結構時(shi)(shi)，通常(chang)會選擇芳(fang)(fang)綸和玻璃(li)光(guang)(guang)纖(xian)環(huan)氧棒。當需要極冷的(de)(de)(de)溫度(du)性(xing)能時(shi)(shi)，通常(chang)建議使(shi)用鋼或(huo)玻璃(li)光(guang)(guang)纖(xian)環(huan)氧樹(shu)脂(zhi)，因為它們具有更好的(de)(de)(de)溫度(du)穩定(ding)性(xing)。為了在室外應用中提(ti)供更好的(de)(de)(de)保(bao)護(hu)，可以(yi)指定(ding)光(guang)(guang)纜使(shi)用單層(ceng)或(huo)雙層(ceng)護(hu)套，也可以(yi)使(shi)用鎧裝(zhuang)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)纜，以(yi)用于空中，地下管道和直(zhi)接掩埋安(an)裝(zhuang)。
光纖數
要指定光(guang)纜廠(chang)中使用(yong)的(de)光(guang)纖數量，系統設(she)計人員必須仔細評估(gu)潛在的(de)未來網絡需求。由于光(guang)纖技術的(de)快(kuai)速變化，這一步驟至關重要。
根據(ju)網絡中應(ying)用(yong)(yong)程序的(de)(de)數量和類型以及(ji)所需(xu)的(de)(de)冗余級別，骨(gu)干網或每個配線間的(de)(de)光(guang)纖(xian)(xian)數量范圍從2到100多個。由于昂貴的(de)(de)多路(lu)復用(yong)(yong)設(she)備，通(tong)常(chang)為每種(zhong)應(ying)用(yong)(yong)使(shi)用(yong)(yong)單獨的(de)(de)專用(yong)(yong)光(guang)纖(xian)(xian)。即使(shi)某些系統明確指出所需(xu)的(de)(de)光(guang)纖(xian)(xian)數量，也(ye)沒有現(xian)行的(de)(de)光(guang)纖(xian)(xian)數量規(gui)則。
例如(ru)，如(ru)果要用(yong)(yong)FDDI骨干(gan)網將(jiang)兩(liang)座(zuo)建筑(zhu)物聯網，則建筑(zhu)物之間的(de)光(guang)(guang)纜(lan)中(zhong)將(jiang)需要四(si)根(gen)光(guang)(guang)纖(xian)-兩(liang)根(gen)光(guang)(guang)纖(xian)進(jin)行傳(chuan)輸，兩(liang)根(gen)光(guang)(guang)纖(xian)進(jin)行接(jie)收。但(dan)是，為了適應將(jiang)來的(de)需求(qiu)，應在(zai)系統主干(gan)網中(zhong)至少安(an)裝兩(liang)倍數量的(de)光(guang)(guang)纖(xian)。安(an)裝不僅可(ke)以(yi)(yi)滿足當前需求(qiu)的(de)光(guang)(guang)纖(xian)數量，還(huan)可(ke)以(yi)(yi)安(an)裝備用(yong)(yong)光(guang)(guang)纖(xian)以(yi)(yi)及(ji)其他用(yong)(yong)于將(jiang)來擴展(zhan)的(de)光(guang)(guang)纖(xian)，從而確保了靈活(huo)，可(ke)擴展(zhan)的(de)光(guang)(guang)纜(lan)設備。
考慮到變量的(de)(de)數量，要滿(man)足當(dang)今的(de)(de)需求(qiu)，同時(shi)(shi)準備好適應(ying)迅速(su)出現的(de)(de)通信(xin)技術，為光纖網(wang)絡設計(ji)解決(jue)方案(an)并不是一件容易的(de)(de)事。但(dan)是，花(hua)時(shi)(shi)間掌握和花(hua)費“未來證明”當(dang)今布線設計(ji)所(suo)需資源的(de)(de)系統設計(ji)人員將可以更(geng)好地定(ding)位，以方便快捷(jie)地升級其(qi)系統，以適應(ying)未來的(de)(de)應(ying)用。
