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。图1 光纤刨面结构示意

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：

• 传输频带宽,通信容量大
• 线路损耗低,传输距离远
• 抗干扰能力强,应用范围广
• 线径细,重量轻
• 抗化学腐蚀能力强
• 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。

表1 安普光纤线缆的特性

表2 安普光纤的温度适用范围

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
• 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-409-CORE及IEC793-1/794-1标准
• 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准
• 防护网可抵挡尖锐物损伤。

分布式光缆分多单元分散型12芯光缆和多单元分散型24-72芯两种,其物理结构如图7所示。

4.分散式光缆

(1)应用范围

• 分散光缆组合
• 多根光纤交插连接,结构坚固
• 水平光纤到多站点出口,端接简单、直接。 ·适于环氧树脂光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头直接端接

(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
• 2.4mm独立光纤辅单元,允许带套连接头端接
• 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
• 走线方式高度灵活
• Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护

分散式光缆有4芯、6芯、8芯、12芯。它的物理结构如图8所示。

5.室外光缆4-12芯铠装型与全绝缘类型

(1)应用范围

• 园区中楼宇之间的连接
• 长距离网络
• 主干线系统
• 本地环路和支路网络
• 严重潮湿、温度变化大的环境
• 架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋、悬吊缆/服务缆

(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
• 套管内具有独立TIA彩色编码的光纤
• 轻质的单通道结构节省了管内空间，管内灌注防水凝胶，以防止水渗入
• 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准
• 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准
• Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护
• 聚乙烯外衣对紫外线或恶劣的室外环境有保护作用
• 低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便

室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯,又分铠装和全绝缘型,其物理结构如图9所示。

6.室外光缆24-144芯铠装类型与全绝缘类型

(1)应用范围

• 园区中楼宇之间的连接
• 长距离网络
• 主干线系统
• 本地环路和支路网络
• 严重潮湿、温度变化大的环境
• 架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋

(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
• 绝缘结构可避免雷击
• 套管内具有独立TIA彩色编码的光纤
• 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹
• 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准
• 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准
• Aramid抗拉线增强组织性能,提高对光纤的保护
• 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用
• 低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便

室外光缆24～144芯光缆分全绝缘和铠装,规格有24、36、48、60、72、96、144芯7种,其物理结构如图10所示。

7.单管全绝缘型室内/室外光缆

(1)应用范围

• 在不需任何互联设备情况下,由户外延伸到户内,线缆具有阻燃特性
• 园区中楼宇之间的互连
• 本地线路和支路网络
• 严重潮湿、温度变化极大的环境
• 架空连接(和悬缆线一起使用时)
• 地下管道或直埋
• 悬吊缆/服务缆

(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
• LSZH的设计符合低毒、无烟的要求
• 套管内具有独立TIA彩色编码的光纤
• 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹
• 设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准
• 扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准
• Aramid抗拉线增强组织提高对了光纤的保护
• 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用
• 低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便

室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯,其物理结构如图11所示