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[2006-3-4]
 
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。
   
  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。
   
  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。
   
  
  
  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:
   
  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。
   
   
  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。
   
  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。
   
   
  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

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