光纤基础常识

2022-06-18 13:13:27 0

一、光及其特性:

1.光是一种电磁波,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。

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。


二、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。

2.数值孔径: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。


3.光纤的种类:

A.按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。

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。

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。

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。

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。

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。

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,

美国标准工业,医疗和低速网络:100/140μm,200/230μm 

塑料:98/1000μm,用于汽车控制


三、光纤制造与衰减:

1.光纤制造: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。

2.光纤的衰减: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。

本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。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。

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。

不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

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。


四、光纤的优点:

1.光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。

2.无中继段长.几十到100多公里,铜线只有几百米。

3.不受电磁场和电磁辐射的影响。

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。

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。

7.化学腐蚀,使用寿命长。


1、 光模块:常见两种,GBIC(较大,占单板空间较大,不方便端口密集部署,早期较多使用),SFP(小巧,方便插拨,便于端口密集部署,目前使用普遍)如下图:

 GBIC                    

GRISH


SFP

GRISH


2、光纤接口类型:常见两种,SC(大方头,常用于局方ODF侧),LC(小方头,常用于设备侧)如下图:

 大方头                           

GRISH


小方头

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其它的接口类型如下图: 

GRISH



3、光跳纤:指由于组网的需要,尾纤的两头需要不同的接头时就需要跳纤。常见的有LC/SC。如下图:

GRISH


4、 单模光纤和多模光纤及对应光接口:单模光纤通常用于长距离传输,多模光纤用于短距离传输。多模光口的中心波长850nm,单模光口的中心波长通常有两种,1310nm(用于中距长距传输)和1550nm(用于长距超长距传输)

GRISH

GRISH

 

5、 工程中的注意事项:未使用的光接口要关闭发射端,处于shutdown状态。单模口近距离尾纤互连,要添加衰减量和接口类型都合适的光衰,否则会烧坏接口。光衰如下图:

整个光路上的任何部分光纤转弯半径不能小于4cm,否则会使用光信号衰减严重甚至无法导通。未连接到光口的尾纤接头一定要安装保护帽,防止灰尘附着,下次使用时光路不通。正常工作接收光功率小于过载光功率3-5dBm,大于接收灵敏度3-5dBm。法兰盘引入的光功率衰减:每个接插件衰减应该小于0.3dBm。

光纤距离引入的光功率衰减:每公里光纤衰减应该小于0.8dBm。单模口互连使用单模光纤,多模口互连使用多模光纤。无论是路由设备之间还是路由设备与传输设备之间,都要求直连口中心波长一致,不能一端是1310nm、另一端是1550nm。

6、工程中的光路打环测试:一个光模块有两个接口,使用一对尾纤。Tx(发送口),Rx(接收口)设备侧端口只要能够收到对端发过来的光,端口指示灯就会正常点亮,而不管对端是否收到自己的发光。所以工程中为定位点到点间的导通故障常使用“打环”测试法。案例:设备A的G1/0/0光口使用一对尾纤连接到局方ODF架,ODF架再使用一对尾纤和设备B的G1/0/0光口相连。尾纤都连接完成后发现两端光口指示灯都不亮。

排除故障的思路如下:

1) 使用光功率计测试A设备发送口连接尾纤的发光功率,如果没有发光,检查设备接口是否开启,开启后仍没有发光,找一个正常使用的光模块和尾纤再测试,排除光模块和尾纤损坏。如果发光正常,在ODF侧打环(使用法兰模块直接对接A设备的发送口尾纤和接收口尾纤)如果A设备的G1/0/0端口指示灯不亮有可能是接收端口的尾纤有问题,将发送口和接收口的尾纤互换再测试,如果没有发光证明接收口尾纤损坏,更换再测试。打环测试A设备G1/0/0端口指示灯亮起,证明A设备的G1/0/0接口的收发都正常。

2) 有同样的方法测试B设备的G1/0/0接口的收发是否正常。B设备的G1/0/0接口收发都正常后,再通过ODF将两设备的一对纤连接起来,如果两设备指示灯都不亮,有可能是两设备的收发对应错误,将ODF侧一对纤互换一下,如果两设备端口指示灯都亮起证明连接成功。

3) 注意:如果A设备打环收发正常,B设备打环收发也正常,但是通过ODF相连后两设备端口都不亮,此时要检查两设备端口的双工状态是否匹配,最好将设备的双工状态都手动设置成全双工。

光纤光缆主要应用在网络的主干/长距离部分,随着光纤在网络/综合布线系统中应有得越来越广泛,相信不久的将来,光纤成本越来越低,它会进入到我们的桌面电脑中来;另一方面,主干万兆光纤的也越来越成熟。


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