光纤布线基础知识及系统设计

rendezvous

1、光及其特性：
1)光是一种电磁波
, L7 Q" `5 Y) n) e) X8 n可见光部分波长范围是：390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850，1300，1550三种。2)光的折射，反射和全反射。
0 O/ U. w2 D, m& s& S7 h- n# L, h因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。

' Y$ g) ]2 H0 M4 g1 j" Z2、光纤结构及种类：
1)光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
% D6 K0 g1 g  C% q, u! {2)数值孔径：
& M# J5 G9 S7 V, V; p& {' E# v入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
2 W! a( w* r0 s& I+ p# w3）光纤的种类：
0 D$ o8 z. S3 S, y3 z

A.按光在光纤中的传输模式可分为：单摸光纤和多模光纤。

多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
* R" {" `$ u) Y7 L单模光纤：中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
/ ]: h  x  @8 ]9 o$ W9 s' I; l

B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
& Y! u$ k' Y# I* ~+ c

常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm。. @7 [8 I! L8 V  [
- y' w1 h/ W3 Z% T8 \5 S, k色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。

C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。

突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
# s' }0 X) E, F5 A( w8 D% w1 P渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
4）常用光纤规格：
单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm
多模：50/125μm，欧洲标准 62.5/125μm，美国标准
* w0 c+ Y+ {1 Z2 C9 \5 j工业，医疗和低速网络：100/140μm，200/230μm
. z( \2 k- k5 E: F3 x- ~2 O5 L塑料：98/1000μm，用于汽车控制

! \: N) B% A3 V( e% Y% v4 K+ C3、光纤制造与衰减：
1)光纤制造：
0 |1 C6 G5 S( ^" X5 b' |- @$ B: I现在光纤制造方法主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法。
+ T) k" }. P1 \+ t
. @( ]( t) O8 t3 z
2 W& H7 K* o) z. S, n1 m7 t! t' D4 l2)光纤的衰减：8 O4 D  D) x3 Q. c7 y
造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
& _  r8 f8 J) C

• 本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。7 V6 i$ S1 p' c9 r8 w) u
  2 E. w6 d) s/ o" n5 ?. X
• 弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
  
• 挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。; |) b4 ~/ W' }" E2 j5 Q6 s) V
  * p$ i! @& X) j; S  H* O
• 杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
  4 ?' [) k2 l+ ]  d
• 不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。5 f3 j9 m9 ?+ r; R9 ~3 q  a6 s. z
  4 S+ Q' g5 [9 L  D5 `# D( r; V
• 对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。( ]& d3 G+ x- J/ g' A
  9 R7 {' a1 Z1 L( P
    {- \  _. v: O8 P$ T! }9 L7 N9 o" ^

4、光纤的优点：  \$ \3 Y0 k" }' T& ], g7 S
1)光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。: M5 D: q9 n: T, c
) c' u& ?0 a& s& k& e6 J8 e2)无中继段长.几十到100多公里，铜线只有几百米。
$ S" e8 o# W( G$ L8 h" @3)不受电磁场和电磁辐射的影响。* K" T. G& o  N
4)重量轻，体积小。例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量8吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆，直径为0.5英寸，重量450P/KM。* |6 N) L8 y$ F9 @
5)光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。
6)使用环境温度范围宽。0 w! b2 `8 o& C0 u
7)化学腐蚀，使用寿命长。

5 G8 l/ e; N/ P6 m: v