综合布线基础知识——光纤.doc
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1、综合布线基础知识光纤一、光纤光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介.是一条玻璃或塑胶纤维,作为让讯息通过的传输媒介. 通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水,火,电击等.光缆分为:光纤,缓冲层及披覆.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15mm50mm, 大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm10mm。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
2、,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. 光纤的特性 由於光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光讯号而非电讯号。因此,光纤具有很多独特的优点. 如:宽频宽。低损耗。屏蔽电磁辐射。重量轻。安全性.隐密性. 光纤系统的运作 你可能知道任何通讯传输的过程包括:编码传输解码,当然,光纤系统的传输过程也大致相同.电子讯号输入后,透过传输器将讯号数位编码,成为光讯号,光线透过光纤为媒介,传送到另一端的接受器,接受器再将讯号解码,还原成原先的电子讯号输出。 光纤光缆的运用 光
3、缆的应用区分,可分为3种:专业用途,一般屋外,一般屋内。在专业用途上包括海底光缆,高压电塔上之空架光缆,核能电厂之抗辐射光缆,化工业之抗腐蚀光缆等.而一般屋内及一般屋外的分类差异,依各型光缆依制造设计时之特质,其所适用之范围各有不同。 光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架,地下道,直接埋设,管道间铺设,室内用。 光纤的历史 1880-AlexandraGrahamBell发明光束通话传输 1960电射及光纤之发明 1977首次实际安装电话光纤网路 1978FORT在法国首次安装其生产之光纤电 1990-区域网路及其他短距离传输应用之光纤 2000-到屋边光纤=到桌边光纤 光纤的分类 光纤主要分以
4、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。 ITU对光纤给出的标准:G。651是多模光纤.G.652是常规单模光纤,零色散点在1300nm,现在分G。 652A、B、C、D几种,主要的区别在于PMD。G. 652光纤的特点是当工作波长在1300nm时,光纤色散很小,系统的传输距离只受损耗限制。G。 653是色散位移
5、光纤(DSF),主要特点是1550nm为零色散点,造成这个原因是通过波导色散进行色散平移的结果。使低损耗与零色散在同一工作波长上。但是零色散不利于多信道WDM传输,因为当复用的信道数较多时,信道间距较小,这时就会产生一种称为四波混频(FWM)的非线性光学效应,这种效应使两个或三个传输波长混合,产生新的、有害的频率分量,导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零,FWM的干扰就会十分严重;哪果有微量色散,FWM干扰反而有还会减小,针对这一现像,科学家们研制了一种新型光纤,NZ-DSF。G。 654光纤是超低损耗光纤,主要用于跨洋光缆,常见的纤芯是纯的SiO2,而普通的光纤纤芯要掺锗。在1550n
6、m附近的损耗最小,仅为0.185dB/km,但在此区域色散比较大,约1720 ps/nmkm,但在1300nm波长区域色散为零。G。 655光纤是非零色散位移光纤(NZDSF),分655A、B、C,主要特点是1550nm的色散接近零,但不是零。是一种改进的色散位移光纤,以抑制四波混频。G. 656光纤是未来导向光纤,G656的工作波长明显增大,包括S,C和L波段(1460到1625nm)。G.652单模光纤满足ITUT。G.652要求的单模光纤,常称为非色散位移光纤,其零色散位于13um窗口低损耗区,工作波长为1310nm(损耗为036dB/km)。我国已敷设的光纤光缆绝大多数单模光纤和多模光
7、纤是这类光纤。随着光纤光缆工业和半导体激光技术的成功推进,光纤线路的工作波长可转移到更低损耗(0.22dB/km)的1550nm光纤窗口.G。653单模光纤满足ITUT。G。653要求的单模光纤,常称色散位移光纤(DSF=Dispersion Shifled Fiber),其零色散波长移位到损耗极低的1550nm处。这种光纤在有些国家,特别在日本被推广使用,我国京九干线上也有所采纳.美国AT&T早期发现DSF的严重不足,在1550nm附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应,阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用.但在日本,将色散补偿技术*用于G.653单模光纤线路,仍可解决问题,而且未
8、见有日本的G.655光纤,似属个谜。G。655单模光纤满足ITU-T。G。655要求的单模光纤,常称非零色散位移光纤或NZDSF(=NonZero Dispersion Shifted Fiber).属于色散位移光纤,不过在1550nm处色散不是零值(按ITUT.G.655规定,在波长1530-1565nm范围对应的色散值为0.1-6。0ps/nmkm),用以平衡四波混频等非线性效应。商品光纤有如ATT的TrueWave光纤,Corning的SMFLS光纤(其零色散波长典型值为1567。5nm,零色散典型值为0.07ps/nm2km)以及Corning的LEAF光纤。我国的”大宝实”光纤等。2
9、)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。 光纤波长1310nm波长的光在G。652光纤上传输时,决定其传输距离限制的是衰减因数;因为在1310nm波长下,光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0,在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。1550nm波长的光在G。652光纤上传输时衰减因数很小,单纯从衰减因数考虑,1550nm波长
10、的光在相同的光功率下传输的距离大于1310nm波长的光下的传输的距离,但是实际情况并非如此,单模光纤带宽B与色散因数D的关系为:B=132.5/(Dl*DL)GHz其中L为光纤的长度,Dl为谱线宽度,对于1550nm波长的光,其色散因数为20ps/(nm.km),假设其光谱宽度等于1nm,传输距离为L=50公里,则有:B=132。5/(D*L)GHz=132.5MHz特性参数1、衰耗系数a:其规定与物理含义与多模光纤完全相同,在此不多叙述。 2、色散系数D():我们已经知道,光纤的色散可以分为三大部分即模式色散、材料色散与波导色散.而对于单模光纤而言,由于实现了单模传输所以不存在模式色散的问题
11、,故其色散主要表现为材料色散与波导色散(统称模内色散)。综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散,统称色散系数。色散系数可以这样理解:每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值.因此,L公里光纤由色散引起的脉冲展宽值为:=D()L(2.17)其中:为光源谱宽为根均方展宽值色散系数越小越好。光纤的色散系数越小,就意味着其带宽系数越大即传输容量越大.例如CCITT建议在波长1.31微米处单模光纤的色散系数应小于3。5ps/km.nm。经过计算,其带宽系数在25000MHzkm以上,是多模光纤的60多倍(多模光纤的带宽系数一般在1000MHzkm以下).3、模场直径d:模场直径表征单模光纤集中光能量的程
12、度。由于单模光纤中只有基模在进行传输,因此粗略地讲,模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径(实际上基模光斑并没有明显的边界)。可以极其粗略地认为(很不严格的说法),模场直径d和单模光纤的纤芯直径相近。4、截止波长c:我们知道,当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时,才能实现单模传输,即在光纤中仅有基模在传输,其余的高次模全部截止。也就是说,除了光纤的参量如纤芯半径,数值孔径必须满足一定条件外,要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值,即c,这个数值就叫做单模光纤的截止波长。因此,截止波长c的含义是,能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长.也就是说,尽管其它条件皆满足,但如果
13、光波波长不大于单模光纤的截止波长,仍不可能实现单模传输。5、回损-Return Loss:反射损耗又称为回波损耗,它是指出光端,后向反射光相对输入光的比率的分贝数,回波损耗愈大愈好,以减少反射光对光源和系统的影响。二、光纤接头 FC 圆型带螺纹(配线架上用的最多) ST 卡接式圆型 SC 卡接式方型(路由器交换机上用的最多) PC 微球面研磨抛光 APC 呈8度角并做微球面研磨抛光 MTRJ 方型,一头双纤收发一体( 华为8850上有用) 光纤模块:一般都支持热插拔, GBIC Giga Bitrate Interface Converter, 使用的光纤接口多为SC或ST型 SFP 小型封装
14、GBIC,使用的光纤为LC型 使用的光纤: 单模: L ,波长1310 单模长距LH 波长1310,1550 多模:SM 波长850 SX/LH表示可以使用单模或多模光纤 l 在表示尾纤接头的标注中,我们常能见到“FC/PC,“SC/PC”等,其含义如下 l “/”前面部分表示尾纤的连接器型号 “SC”接头是标准方型接头,采用工程塑料,具有耐高温,不容易氧化优点。传输设备侧光接口一般用SC接头 “LC”接头与SC接头形状相似,较SC接头小一些。 “FC”接头是金属接头,一般在ODF侧采用,金属接头的可插拔次数比塑料要多。 l 连接器的品种信号较多,除了上面介绍的三种外,还有MTRJ、ST、MU
15、等。 l /后面表明光纤接头截面工艺,即研磨方式。 “PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛,其接头截面是平的。,PC 是Physical Connection 的缩写,表明其对接端面是物理接触,即端面呈凸面拱型结构,APC和PC类似,但采用了特殊的研磨方式,PC是球面,APC是斜8度球面“UPC”的衰耗比“PC”要小,一般用于有特殊需求的设备,一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC,主要是为提高ODF设备自身的指标。 u 另外,在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”型号,其尾纤头采用了带倾角的端面,可以改善电视信号的质量,主要原因是电视信号是模拟光调制,当接头耦合面是垂直
16、的时候,反射光沿原路径返回.由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面,此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的,所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号,表现在画面上就是重影。尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。一般数字信号一般不存在此问题 三、光纤耦合器 u光纤耦合器用于在配线架中连接两个光纤连接头, 保证两根光纤的对准连接.光纤耦合器有多模和单模两种规格, 并带有彩色标识和防尘盖。光纤耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、连接器、适配器、法兰盘,是用于实现光信号分路/合路,或用于延长光纤链路的元件,属于光被动元件领域,在电信网路、有线电视网路、
17、用户回路系统、区域网路中都会应用到。光纤耦合器可分标准耦合器(属于波导式,双分支,单位12,亦即将光讯号分成两个功率)、直连式耦合器(连接2条相同或不同类型光纤接口的光纤,以延长光纤链路)、星状树状耦合器、以及波长多工器(WDM,若波长属高密度分出,即波长间距窄,则属于DWDM),制作方式则有烧结(Fuse)、微光学式(Micro Optics)、光波导式(Wave Guide)三种,而以烧结式方法生产占多数(约有90%)。 烧结方式的制作法,是将两条光纤并在一起烧融拉伸,使核芯聚合一起,以达光耦合作用,而其中最重要的生产设备是光纤熔接机,也是其中的重要步骤,虽然重要步骤部份可由机器代工,但烧
18、结之后,仍须人工作检测封装,因此人工成本约占1015左右,再者采用人工检测封装须保品质的一致性,这也是量产时所必须克服的,但技术困难度不若DWDM 模块及光主动元件高,因此初期想进入光纤产业的厂商,大部分会从光耦合器切入,毛利则在2030。模块型的光纤耦合器各种光纤耦合器原理光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件,它是把光纤的两个端面精密对接起来,以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去,并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。对于波导式光纤耦合器,一般是一种具有Y型分支的元件,由一根光纤输入的光信号可用它加以等分.当耦合器分支路的开角增大时,向包层中泄漏的
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