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光纤与光纤接口

光纤是光导纤维的简写,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,可作为光传导工具。光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成。内层为光内芯,直径在几微米至几十微米,外层的直径0.1~0.2mm。一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%。根据光的折射和全反射原理,当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时,光线透不过界面,全部反射。
  光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。其原理是利用了光从光密介质进入光疏介质从而发生了全反射。通常有SC(LC)、ST、FC等几种类型,光纤从内部可传导光波的不同,分为单模(传导长波长的激光)和多模(传导短波长的激光)两种。单模光缆的连接距离可达10公里,多模光缆的连接距离要短的多,是300米或500米(主要看激光的不同,产生短波长激光的光源一般有两种,一种是62.5的,一种是50的)。

光纤传输优点
频带宽
  频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高,可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段,载波频率为48.5MHz~300Mhz。带宽约250MHz,只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达100000GHz,比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗,使频带宽度受到影响,但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫,好的单模光纤可达10GHz以上),采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波,进行波分复用,可以容纳上百万个频道。

损耗低
  在同轴电缆组成的系统中,最好的电缆在传输800MHz信号时,每公里的损耗都在40dB以上。相比之下,光导纤维的损耗则要小得多,传输1.31um的光,每公里损耗在0.35dB以下若传输1.55um的光,每公里损耗更小,可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍,使其能传输的距离要远得多。此外,光纤传输损耗还有两个特点,一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗,不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡;二是其损耗几乎不随温度而变,不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。
重量轻
   因为光纤非常细,单模光纤芯线直径一般为4um~10um,外径也只有125um,加上防水层、加强筋、护套等,用4~48根光纤组成的光缆直径还不到13mm,比标准同轴电缆的直径47mm要小得多,加上光纤是玻璃纤维,比重小,使它具有直径小、重量轻的特点,安装十分方便。

抗干扰能力强

  因为光纤的基本成分是石英,只传光,不导电,不受电磁场的作用,在其中传输的光信号不受电磁场的影响,故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此,在光纤中传输的信号不易被窃听,因而利于保密。

保真度高

 因为光纤传输一般不需要中继放大,不会因为放大引入新的非线性失真。只要激光器的线性好,就可高保真地传输电视信号。实际测试表明,好的调幅光纤系统的载波组合三次差拍比C/CTB在70dB以上,交调指标cM也在60dB以上,远高于一般电缆干线系统的非线性失真指标。
工作性能可靠

  我们知道,一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多,发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器),可靠性自然也就高,加上光纤设备的寿命都很长,无故障工作时间达50万~75万小时,其中寿命最短的是光发射机中的激光器,最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。
成本不断下降


  目前,有人提出了新摩尔定律,也叫做光学定律(Optical Law)。该定律指出,光纤传输信息的带宽,每6个月增加1倍,而价格降低1倍。光通信技术的发展,为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富,随着技术的进步,成本还会进一步降低;而电缆所需的铜原料有限,价格会越来越高。显然,今后光纤传输将占绝对优势,成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。

光纤传输工作方式
  全双工方式(full duplex)是指当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作,这样的传送方式就是全双工制,如图1所示。在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟。

半双式方式(half duplex)是指使用同一根传输线既作接收又作发送,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据,这样的传送方式就是半双工制。采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟。 目前市面上有些晶片,只能使用全双工环境,无法支持半双工,若接至其他品牌的交换机(N-Way Switch)或集线器(HUB),其又使用半双工模式,则一定会造成严重的冲撞及丢包。

按传输模式分类

  按照光纤传输的模式数量,可以将光纤的种类分为多模光纤和单模光纤。

  单模光纤是只能传输一种模式的光纤。单模光纤只能传输基模(最低阶模),不存在模间时延差,具有比多模光纤大得多的带宽,这对于高码速传输是非常重要的。单模光纤的模场直径仅几微米(μm),其带宽一般比渐变型多模光纤的带宽高一两个数量级。因此,它适用于大容量、长距离通信。

单模光纤

   单模光纤这是指在工作波长中,只能传输一个传播模式的光纤,通常简称为单模光纤(SMF:Single ModeFiber)。目前,在有线电视和光通信中,是应用最广泛的光纤。由于,光纤的纤芯很细(约10μm)而且折射率呈阶跃状分布,当归一化频率V参数<2.4时,理论上,只能形成单模传输。另外,SMF没有多模色散,不仅传输频带较多模光纤更宽,再加上SMF的材料色散和结构色散的相加抵消,其合成特性恰好形成零色散的特性,使传输频带更加拓宽。SMF中,因掺杂物不同与制造方式的差别有许多类型。凹陷型包层光纤(DePr-essed Clad Fiber),其包层形成两重结构,邻近纤芯的包层,较外倒包层的折射率还低。

多模光纤

多模光纤将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤(MMF:MUlti ModeFiber)。纤芯直径为50μm,由于传输模式可达几百个,与SMF相比传输带宽主要受模式色散支配。在历史上曾用于有线电视和通信系统的短距离传输。自从出现SMF光纤后,似乎形成历史产品。但实际上,由于MMF较SMF的芯径大且与LED等光源结合容易,在众多LAN中更有优势。所以,在短距离通信领域中MMF仍在重新受到重视。MMF按折射率分布进行分类时,有:渐变(GI)型和阶跃(SI)型两种。GI型的折射率以纤芯中心为最高,沿向包层徐徐降低。由于SI型光波在光纤中的反射前进过程中,产生各个光路径的时差,致使射出光波失真,色激较大。其结果是传输带宽变窄,目前SI型MMF应用较少。

辨别方法
颜色辨别

黄色的代表单模

橙色的代表多模
外套标识辨别

50/125, 62.5/125为多模,并且可能标有mm

9/125(g652)为单模,并且可能标有sm
光纤磨制端头

在放大镜下可辨别,多模呈同心圆

单模中间有一黑点
熔接机熔接时从屏上可辨别

多模纤中间没白条

单模中间有一白条

同时,熔接机对多模光缆不做熔接损耗计算。再,单模与多模光纤熔接机不能熔接。

单模收发器可以用于多模光缆链路,但注意跳线要用多模的。

   依据信号在光纤中传输的模式,主要分两大类:单模和多模。模式通常是指光信号在光纤内的传输路径,单模的传输路径就是中心轴线;将光纤沿中轴线切出一个刨面,光信号在刨面上利用全反射进行传输。光纤可以拥有这种刨面无限多个,所以光信号的传输路径就会有无限多条,即有无限多种模式,如此传输的光纤就被称作多模光纤。

  单模的纤芯尺寸一般是8~10um,在单模中信号沿直线进行传播,也就是一种模式。多模的纤芯比较大,50um或是62.5um,可以同时进行多种模式的传输。

  单模的传输带宽高,传输距离远,主要用于中长距离的信号传输系统,如光纤到户、地铁和道路等长距离网络。但是,因为单模的纤芯比较小,与发射机连接时需要精确对接,从而耦合到较高的光源。这使得单模光纤网络系统的其他配件价格升高,单模光发射机的价格比多模的就贵不少。使用单模连接器进行端接时,要注意精确对接,不然会产生数值较高的插入损耗,降低光纤传输性能。

施工方法

  在实际应用中,光纤与光纤的连接,一般采用热熔接和冷接两种方法来进行施工。

热熔接法

  使用光纤熔接机的高压电弧将两根光纤熔化后连接起来,这种方法早期一般用于长距离通讯施工,不过随着国民对网速需求的提高和光纤入户的兴起,热熔接法也用于短距离光纤铺设施工(如小区宽带网和光纤入户等),已成为国际上主流的光纤施工方法。

冷接法

  冷接法是相对于热熔接法而言的,指不需要高压电弧放电来融化光纤,而使用光纤冷接头来将光纤连接起来或将光纤接入到光通讯设备中。

光纤接口

光纤从光缆的接头部分的不同,分为SC接口和LC接口。SC接口为1GB接口,(SC=smart card)LC接口为2GB接口,(LC=Lucent Connector)。

光纤接口判断单、多模式
1.通过标注的中心波长。中心波长850nm为多模,1310nm或1550nm为单模

2.把光口的发射端激活,快速查看发射端是否有红光发出,如有则为多模口,否则为单模口。
光纤分类

单模光纤和多模光纤。单模光纤的内芯纤径小于多模光纤。

多模光纤的中心高折射率玻璃芯直径有两种型号:62.5μm和50μm。

单模光纤的中心高折射率玻璃芯直径有三种型号:8μm、9μm和10μm。

相同条件下,纤径越小衰减越小,可传输距离越远。

功率范围

多模口发射功率比单模口小,与GBIC或SFP的型号直接相关,一般在-9.5dBm到-4dBm之间;单模光口的范围一般在0dBm左右,一些超长距接口会高达+5dBm。

接收功率的范围

多模口接收功率一般在-20dBm到0dBm之间;单模在-23 dBm到0dBm之间。

最大可接收功率叫做过载光功率,最小可接收功率叫做接收灵敏度。

   工程上要求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。一般来讲不管单模接口还是多模接口,实际接收功率在-5至-15dBm之间算比较合理的工作范围。

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GBIC,使用的光纤为LC型。

类型

单模:SM,波长1310 单模长距LH 波长1310,1550

多模:MM 波长850 1300

SX/LH表示可以使用多模或单模光纤


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