光纖作為高帶寬、高安全的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)被廣泛應(yīng)用于各種大中型網(wǎng)絡(luò)之中。由于線纜和設(shè)備造價(jià)昂貴，光纖大多只被用于網(wǎng)絡(luò)主干，即應(yīng)用于垂直主干子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)的系統(tǒng)布線，實(shí)現(xiàn)樓宇之間以及樓層之間的連接，目前也應(yīng)用于對傳輸速率和安全性有較高要求的水平布線子系統(tǒng)。
一、光纖
1、光及其特性：
1）光是一種電磁波
可見光部分波長范圍是：390~760nm（毫微米）。大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。光纖中應(yīng)用的是：850，1300，1550三種。
2）光的折射，反射和全反射。
因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過某一角度時(shí)，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長光的折射角度是不同的（即不同的物質(zhì)有不同的光折射率），相同的物質(zhì)對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。
2、光纖結(jié)構(gòu)及種類：
1）光纖結(jié)構(gòu)：
光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或62.5μm），中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm），最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。
2）數(shù)值孔徑：
入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同（AT
3）光纖的種類：
A.按光在光纖中的傳輸模式可分為：單摸光纖和多模光纖。
多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或62.5μm），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)（芯徑一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。
B.按最佳傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。
常規(guī)型：光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300nm.
色散位移型：光纖生產(chǎn)長家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1300nm和1550nm.
C.按折射率分布情況分：突變型和漸變型光纖。
突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。
漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。
4）常用光纖規(guī)格：
單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm
多模：50/125μm，歐洲標(biāo)準(zhǔn) 62.5/125μm，美國標(biāo)準(zhǔn)
工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm
塑料：98/1000μm，用于汽車控制
3、光纖制造與衰減：
1）光纖制造：
現(xiàn)在光纖制造方法主要有：管內(nèi)CVD（化學(xué)汽相沉積）法，棒內(nèi)CVD法，PCVD（等離子體化學(xué)汽相沉積）法和VAD（軸向汽相沉積）法。
2）光纖的衰減：
造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對接等。
本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會因散射而損失掉，造成的損耗。
擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。
不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
對接：光纖對接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于0.8μm），端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。
4、光纖的優(yōu)點(diǎn)：
1）光纖的通頻帶很寬。理論可達(dá)30億兆赫茲。
2）無中繼段長。幾十到100多公里，銅線只有幾百米。
3）不受電磁場和電磁輻射的影響。
4）重量輕，體積小。例如：通2萬1千話路的900對雙絞線，其直徑為3英寸，重量8噸/KM.而通訊量為其十倍的光纜，直徑為0.5英寸，重量450P/KM.
5）光纖通訊不帶電，使用安全可用于易燃，易暴場所。
6）使用環(huán)境溫度范圍寬。
7）化學(xué)腐蝕，使用壽命長。
二、光纜
1、光纜的制造：
光纜的制造過程一般分以下幾個過程：
1）光纖的篩選：選擇傳輸特性優(yōu)良和張力合格的光纖。
2）光纖的染色：應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的全色譜來標(biāo)識，要求高溫不退色不遷移。
3）二次擠塑：選用高彈性模量，低線脹系數(shù)的塑料擠塑成一定尺寸的管子，將光纖納入并填入防潮防水的凝膠，最后存放幾天（不少于兩天）。
4）光纜絞合：將數(shù)根擠塑好的光纖與加強(qiáng)單元絞合在一起。
5）擠光纜外護(hù)套：在絞合的光纜外加一層護(hù)套。
2、光纜的種類：
1）按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。
2）按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。
3）按用途分有：長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。
3、光纜的施工：
多年來，做光纜施工使得我們已有了一套成熟的方法和經(jīng)驗(yàn)。
光纜的戶外施工：
較長距離的光纜敷設(shè)最重要的是選擇一條合適的路徑。這里不一定最短的路徑就是最好的，還要注意土地的使用權(quán)，架設(shè)的或地埋的可能性等。
必須要有很完備的設(shè)計(jì)和施工圖紙，以便施工和今后檢查方便可靠。施工中要時(shí)時(shí)注意不要使光纜受到重壓或被堅(jiān)硬的物體扎傷。
光纜轉(zhuǎn)彎時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑要大于光纜自身直徑的20倍。
1）戶外架空光纜施工：
A.吊線托掛架空方式，這種方式簡單便宜，我國應(yīng)用最廣泛，但掛鉤加掛、整理較費(fèi)時(shí)。
B.吊線纏繞式架空方式，這種方式較穩(wěn)固，維護(hù)工作少。但需要專門的纏扎機(jī)。
C.自承重式架空方式，對線干要求高，施工、維護(hù)難度大，造價(jià)高，國內(nèi)目前很少采用。
D.架空時(shí)，光纜引上線干處須加導(dǎo)引裝置，并避免光纜拖地。光纜牽引時(shí)注意減小摩擦力。每個干上要余留一段用于伸縮的光纜。
E.要注意光纜中金屬物體的可靠接地。特別是在山區(qū)、高電壓電網(wǎng)區(qū)和多地區(qū)一般要每公里有3個接地點(diǎn)，甚至選用非金屬光纜。
2）戶外管道光纜施工：
A.施工前應(yīng)核對管道占用情況，清洗、安放塑料子管，同時(shí)放入牽引線。
B.計(jì)算好布放長度，一定要有足夠的預(yù)留長度。
C.一次布放長度不要太長（一般2KM），布線時(shí)應(yīng)從中間開始向兩邊牽引。
D.布纜牽引力一般不大于120kg，而且應(yīng)牽引光纜的加強(qiáng)心部分，并作好光纜頭部的防水加強(qiáng)處理。
E.光纜引入和引出處須加順引裝置，不可直接拖地。
F.管道光纜也要注意可靠接地。
3）直接地埋光纜的敷設(shè)：
A.直埋光纜溝深度要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行挖掘，標(biāo)準(zhǔn)見下表：
B.不能挖溝的地方可以架空或鉆孔預(yù)埋管道敷設(shè)。
C.溝底應(yīng)保正平緩堅(jiān)固，需要時(shí)可預(yù)填一部分沙子、水泥或支撐物。
D.敷設(shè)時(shí)可用人工或機(jī)械牽引，但要注意導(dǎo)向和潤滑。
E.敷設(shè)完成后，應(yīng)盡快回土覆蓋并夯實(shí)。
4）建筑物內(nèi)光纜的敷設(shè)：
A.垂直敷設(shè)時(shí)，應(yīng)特別注意光纜的承重問題，一般每兩層要將光纜固定一次。
B.光纜穿墻或穿樓層時(shí)，要加帶護(hù)口的保護(hù)用塑料管，并且要用阻燃的填充物將管子填滿。
C.在建筑物內(nèi)也可以預(yù)先敷設(shè)一定量的塑料管道，待以后要敷射光纜時(shí)再用牽引或真空法布光纜。
4、光纜的選用：
光纜的選用除了根據(jù)光纖芯數(shù)和光纖種類以外，還要根據(jù)光纜的使用環(huán)境來選擇光纜的外護(hù)套。
1）戶外用光纜直埋時(shí)，宜選用鎧裝光纜。架空時(shí)，可選用帶兩根或多根加強(qiáng)筋的黑色塑料外護(hù)套的光纜。
2）建筑物內(nèi)用的光纜在選用時(shí)應(yīng)注意其阻燃、毒和煙的特性。一般在管道中或強(qiáng)制通風(fēng)處可選用阻燃但有煙的類型（Plenum），暴露的環(huán)境中應(yīng)選用阻燃、無毒和無煙的類型（Riser）。
3）樓內(nèi)垂直布纜時(shí)，可選用層絞式光纜（DistributionCables）；水平布線時(shí)，可選用可分支光纜（BreakoutCables）。
4）傳輸距離在2km以內(nèi)的，可選擇多模光纜，超過2km可用中繼或選用單模光纜。
三、連接和檢測
1、光纜的連接：
方法主要有永久性連接、應(yīng)急連接、活動連接。
1）永久性光纖連接（又叫熱熔）：
這種連接是用放電的方法將連根光纖的連接點(diǎn)熔化并連接在一起。一般用在長途接續(xù)、永久或半永久固定連接。其主要特點(diǎn)是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為0.01~0.03dB/點(diǎn)。但連接時(shí)，需要專用設(shè)備（熔接機(jī)）和專業(yè)人員進(jìn)行操作，而且連接點(diǎn)也需要專用容器保護(hù)起來。
2）應(yīng)急連接（又叫）冷熔：
應(yīng)急連接主要是用機(jī)械和化學(xué)的方法，將兩根光纖固定并粘接在一起。這種方法的主要特點(diǎn)是連接迅速可靠，連接典型衰減為0.1~0.3dB/點(diǎn)。但連接點(diǎn)長期使用會不穩(wěn)定，衰減也會大幅度增加，所以只能短時(shí)間內(nèi)應(yīng)急用。
3）活動連接：
活動連接是利用各種光纖連接器件（插頭和插座），將站點(diǎn)與站點(diǎn)或站點(diǎn)與光纜連接起來的一種方法。這種方法靈活、簡單、方便、可靠，多用在建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中。其典型衰減為1dB/接頭。
2、光纖檢測：
光纖檢測的主要目的是保證系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素以及故障時(shí)找出光纖的故障點(diǎn)。檢測方法很多，主要分為人工簡易測量和精密儀器測量。
1）人工簡易測量：
這種方法一般用于快速檢測光纖的通斷和施工時(shí)用來分辨所做的光纖。它是用一個簡易光源從光纖的一端打入可見光，從另一端觀察哪一根發(fā)光來實(shí)現(xiàn)。這種方法雖然簡便，但它不能定量測量光纖的衰減和光纖的斷點(diǎn)。
2）精密儀器測量：
使用光功率計(jì)或光時(shí)域反射圖示儀（OTDR）對光纖進(jìn)行定量測量，可測出光纖的衰減和接頭的衰減，甚至可測出光纖的斷點(diǎn)位置。這種測量可用來定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的原因和對光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)。
四、光纖的應(yīng)用及系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、光纖的應(yīng)用：
人類社會現(xiàn)在已發(fā)展到了信息社會，聲音、圖象和數(shù)據(jù)等信息的交流量非常大。以前的通訊手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的要求，而光纖通訊以其信息容量大、保密性好、重量輕體積小、無中繼段距離長等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域遍及通訊、交通、工業(yè)、醫(yī)療、教育、航空航天和計(jì)算機(jī)等行業(yè)，并正在向更廣更深的層次發(fā)展。光及光纖的應(yīng)用正給人類的生活帶來深刻的影響與變革。
2、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
光纖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般遵循以下步驟：
1）首先弄清所要設(shè)計(jì)的是什么樣的網(wǎng)絡(luò)，其現(xiàn)狀如何，為什么要用光纖。
2）根據(jù)實(shí)際情況選擇合適是光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纜、跳線及連接用的其它物品。選用時(shí)應(yīng)以可用為基礎(chǔ)，然后再依據(jù)性能、價(jià)格、服務(wù)、產(chǎn)地和品牌來確定。
3）按客戶的要求和網(wǎng)絡(luò)類型確定線路的路由，并繪制布線圖。
4）路線較長時(shí)則需要核算系統(tǒng)的衰減余量，核算可按下面公式進(jìn)行：
衰減余量=發(fā)射光功率-接受靈敏度-線路衰減-連接衰減（dB）其中線路衰減=光纜長度×單位衰減；
單位衰減與光纖質(zhì)量有很大關(guān)系，一般單模為0.4~0.5dB/km；多模為2~4dB/km.
連接衰減包括熔接衰減接頭衰減，熔接衰減與熔接手段和人員的素質(zhì)有關(guān)，一般熱熔為0.01~0.3dB/點(diǎn)；冷熔0.1~0.3dB/點(diǎn)；接頭衰減與接頭的質(zhì)量有很大關(guān)系，一般為1dB/點(diǎn)。系統(tǒng)衰減余量一般不少于4dB.
5）核算不合格時(shí)，應(yīng)視情況修改設(shè)計(jì)，然后再核算。這種情況有時(shí)可能會反復(fù)幾次。
3、設(shè)計(jì)實(shí)例：
某校園網(wǎng)的改造：
根據(jù)其情況，在已有細(xì)纜網(wǎng)的一邊使用一臺三口中繼器（雙絞線-光纖-細(xì)纜），另一邊使用一臺帶光纖主干的雙絞線HUB.中間用架空或地埋勻可的束管式4芯室外多模光纜再經(jīng)過熔接為帶ST頭的室內(nèi)跳線（因設(shè)備的光纖接口為ST型）。
衰減核算：（一般多模設(shè)備在2km范圍內(nèi)不用核算，這里只做個例子）
發(fā)射功率：-16dBm
接收靈敏度：-29.5dBm
線路衰減：1.5km×3.5dB/km=5.25dB
連接衰減：接頭2個衰減為：2點(diǎn)×1dB/點(diǎn)=2dB
熔接兩個點(diǎn)為：2點(diǎn)×0.07dB/點(diǎn)=0.14dB
衰減余量=-16dBm-（-29.5dBm）-5.25dB-0.14dB-2dB=6.11（dB
經(jīng)過上面的計(jì)算，可以看出系統(tǒng)容量大于4dB，以上選擇可以滿足要求。
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