光 纖
光纖，完整名稱叫做光導纖維，英文名是OPTIC FIBER。
它是一種由玻璃或塑料製成的纖維，可作為光傳導工具。
光纖的主要用途，是通信。目前通信用的光纖，基本上是石英系光纖，其主要成分是高純度石英玻璃，即二氧化硅(SiO2) 。
光纖通信系統，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波，以達到通信的目的。
▎光纖通信的發展歷史
1880年，亞歷山大·貝爾Alexander Graham Bell發明了“光話機”。
1887年，英國科學家Charles Vernon Boys在實驗室裡拉出了第一條光纖。
1938年，美國Owens Illinois Glass公司與日本日東紡織公司開始生產玻璃長纖維。
1951年，光物理學家Brian O’Brian提出了包層的概念。
1956年，密歇根大學的一位學生製作了第一個玻璃包層光纖，他用一個折射率低的玻璃管熔化到高折射率的玻璃棒上。
1960年，Theodore Maiman 向人們展示了第一臺激光器。這燃起了人們對光通信的興趣，激光看起來是很有前途的通信方式，可以解決傳輸帶寬問題，很多實驗室開始了實驗。
1966年，英籍華裔學者高錕指出了利用光纖進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信——光纖通信的基礎。
1970 年，美國康寧(Corning)公司就研製成功損耗20dB/km的石英光纖。
1973 年，美國貝爾(Bell)實驗室取得了更大成績，光纖損耗降低到2.5dB/km。
1976 年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長1.2μm)。
▎光纖通信的特點
- 通信容量巨大
從理論上講，一根光纖可以同時傳輸100億個話路，目前同時傳輸50萬個話路的試驗已經成功，比傳統同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍。
- 中繼距離長
光纖具有極低的衰耗係數，配以適當的光發送、光接收設備、光放大器、前向糾錯與RZ編碼調製技術等，可使其中繼距離達數千公里以上，而傳統電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無法與之相比擬。
- 保密性能好
- 適應能力強
具有不怕外界強電磁場的干擾、耐腐蝕等優點
- 體積小、重量輕
- 原材料來源豐富、價格低廉
▎光纖的構造
光纖的典型結構是多層同軸圓柱體，主要由纖芯、包層、塗覆層組成。
- 纖芯
位於光纖的中心部位，成分為高純度的二氧化硅，摻有極少量摻雜劑。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內傳輸。
- 包層
位於纖芯的周圍，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，並起一定的機械保護作用。
- 塗覆層
光纖的最外層，由丙烯酸酯、硅橡膠和尼龍組成。塗覆層保護光纖不受水汽的侵蝕和機械擦傷。
▎光纖的工作原理
- 全反射原理
若使光束從光密媒質射向光疏媒質時，則折射角大於入射角，如圖所示。
如果不斷增大θ0可使折射角θ1達到90°, 這時的θ1稱為臨界角。
當光線從光密媒質射向光疏媒質, 且入射角大於臨界角時, 就會產生全反射現象。
光纖就是利用這種全反射來傳輸光信號的。
▎光纖的色散
- 光纖色散的原因
在光纖中，光信號是由很多不同的成分組成的，由於信號的各頻率成分或各模式成分的傳播速度不同，經過光纖傳輸一段距離後，不同成分之間出現時延差，引起傳輸信號波形失真，脈衝展寬，這種現象稱為光纖色散。
- 光纖色散的影響
光纖色散的存在使傳輸的信號脈衝畸變和展寬，從而產生碼間干擾。為了保證通信質量，必須增大碼間間隔，即降低信號的傳輸速率，這就限制了光纖系統的通信容量和傳輸距離。
- 光纖色散的分類
按照色散產生的原因，光纖色散可分為模式色散，材料色散、波導色散和極化色散。
▎光纖的電磁波頻譜
▎光纖的損耗
光纖的損耗是指：光信號經光纖傳輸後，由於吸收、散射等原因引起光功率的減小。
光纖損耗的分類
普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖
▎光纖的分類
- 階躍光纖
在纖芯與包層區域內，折射率的分佈分別是均勻的，分別為n1和n2，在纖芯與包層的邊界處，其折射率的變化是階躍的(n2
- 漸變光纖
光纖軸心處的折射率最大(n1)，但隨橫截面徑向的增加而逐漸減小，到纖芯與包層的邊界處，正好降到與包層區域的折射率n2。
- 多模光纖（MMF，multimode fiber）
可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。
- 單模光纖（SMF， single-mode fiber）
只能傳一種模式的光，因此其模間色散很小，適用於遠程通訊。
多模光纖和單模光纖的對比
多模光纖和單模光纖的應用
▎光纖的接口
光纖接口有以下幾種 ：
- FC 圓形帶螺紋（配線架上用的最多）
- ST 卡接式圓型
- SC 卡接式方型（路由器交換機上用的最多）
- LC 接頭與 SC 接頭形狀相似，較 SC 接頭小一些
- MT-RJ 方型，一頭雙纖收發一體
- MPO/MTP型
- BFOC型
- DIN型
- FDDI型
- MU型
常見的表示方法，如“FC/PC”，“SC/PC”，“SC/APC”什麼含義？
“/”前面部分，表示尾纖的連接器型號，FC，SC如前所述，從略；
“/”後面部分，表示光纖接頭截面工藝，即研磨方式。
- “PC：Physical Contact”：
其接頭截面是平的，實際上是微球面研磨拋光，在電信運營商的設備中應用得最為廣泛。
- “APC”：
呈8度角並做微球面研磨拋光，在廣電和早期的CATV中應用較多的是型號，其尾纖頭採用了帶傾角的端面，可以改善電視信號的質量，主要原因是電視信號是模擬光調製，當接頭耦合面是垂直的時候，反射光沿原路徑返回。
- “UPC”：
衰耗比“PC”要小，一般用於有特殊需求的設備，一些國外廠家ODF架內部跳纖用的就是FC/UPC，主要是為提高ODF設備自身的指標。
▎光纖模塊
光模塊，全稱叫光收發一體模塊（optical transceiver），是光纖通信系統中的重要器件。
一般在網絡設備中包括以下種類：
SFP（Small Form-factor Pluggable transceiver ）:
小封裝可插拔收發器 （LC 接口），SFP 支持的速率有 100M、 155M、 622M、1000M、1250M、2500M。
GBIC （GigaBit Interface Converter）：
千兆以太網接口轉換器（SC 接口）
XFP（10-Gigabit small Form-factor Pluggable transceiver ）:
萬兆以太網接口小封裝可插拔收發器（LC 接口）
XENPAK（10 Gigabit EtherNet Transceiver PAcKage ）:
萬兆以太網接口收發器集合封裝（SC 接口）
▎光纖的熔接
熔接是利用電極棒之間放電產生的熱能使光纖融化為一體的接線技術，分為以下兩類：
- 光纖芯調芯方式
這是在顯微鏡下觀察光纖的芯線，通過圖像處理進行定位，使芯線的中心軸一致，然後進行放電的融接方式。採用配置雙向觀察攝影機的融接機從兩個方向進行定位。
光纖熔接機
- 固定V型槽調芯方式
這是採用高精度V型槽排列光纖，利用融化光纖時的表面張力所產生的調芯效果進行外徑調芯的融接方式。最近，由於製造技術的發展使光纖芯位置等的尺寸精度得到提高，因此，可以實現低損耗接線。
本方式主要用於多芯一次性接線。
光 纜
光纜：用適當的材料和纜結構，對通信光纖進行收容保護，使光纖免受機械和環境的影響和損害，適應不同場合使用。
▎光纜的結構
光纜是以一根或多根光纖或光纖束製成符合化學、機械和環境特性的結構。不論何種結構形式的光纜，基本上都是由纜芯、加強元件和護層三部分組成。
- 纜芯
纜芯結構應滿足一下基本要求：
① 使光纖在纜內處於最佳位置和狀態，保證光纖傳輸性能穩定。在光纜受到一定打拉、側壓等外力時，光纖不應承受外力影響。
② 纜芯中的加強元件應能經受允許拉力。
③ 纜芯截面應儘可能小，以降低成本。纜芯內有光纖、套管或骨架和加強元件，在纜芯內還需填充油膏，具有可靠的防潮性能，防止潮氣在纜芯中擴散。
- 護層
光纜的護層只要是對已成纜的光纖芯起保護作用，避免受外界機械力和環境損壞，使光纖能適應於各種敷設場合，因此要求護層具有耐壓力、防潮、溫度特性好、重量輕、耐化學浸蝕和阻燃等特點。
光纜的護層可分為內護層和外護層。內護層一般採用聚乙烯或聚氯乙烯等，外護層可根據敷設條件而定，採用鋁帶和聚乙烯組成的LAP外護套加鋼絲鎧裝等。
- 加強元件
加強元件主要是承受敷設安裝時所加的外力。光纜加強元件的配置方式一般分為“中心加強元件”方式和“外周加強元件”方式。
一般層絞式和骨架式光纜的加強元件均處於纜芯中央，屬於“中心加強元件”（加強芯）；中心管式光纜的加強元件從纜芯移到護層，屬於“外周加強元件”。
加強元件一般有金屬鋼線和非金屬玻璃纖維增強塑料（FRP)。使用非金屬加強元件的非金屬光纜能有效地防止雷擊。
▎光纜的典型結構
常用的光纜結構有層絞式、骨架式、中心束管式和帶狀四種。
層絞式光纜結構圖
骨架式光纜結構圖
中心束管式光纜結構圖
帶狀式光纜結構圖
▎光纜的分類
- 室外光纜
主用於幹線和城域網的直埋、管道、架空建設。
- 帶狀光纜
主用於大芯數高度密集的城域骨幹網絡的建設。
- “8”字光纜
該光纜將纜芯部分和鋼絲吊線集成到一個“8”字形的PE護套內，形成自承式結構，在敷設過程中無需架設吊線和掛鉤，施工效率高，施工費用低。可以十分簡單地實現電杆與電杆之間、電杆與樓宇之間、樓宇與樓宇之間等的架空敷設。
- 室內光纜
主要用於樓宇內局域網建設，樓內垂直佈線
▎光纜的型號
根據ITU-T的有關建議，目前光纜的型號是由光纜的型式代號和光纖的規格代號兩部分構成，中間用一短橫線分開。
光纜的型式代號由分類、加強構件、派生特徵、護套和外護層5個部分組成。
GY:通信用室（野）外光纜
GM:通信用移動式光纜
GJ:通信用室（局）內光纜
GS:通信用設備內光纜
GH:通信用海底光纜
GT:通信用特殊光纜
- 加強構件的代號及其意義
無符號：金屬加強構件
F：非金屬加強構件
- 派生特徵的代號及其意義
光纜結構特徵應能表示出纜芯的主要類型和光纜的派生結構。當光纜型式有幾個結構特徵需要註明時，可用組合代號表示，其組合代號按下列相應的各代號自上而下順序排列。
D:光纖帶結構
無符號:光纖松套被覆結構
J:光纖緊套被覆結構
無符號:層絞結構
G:骨架槽結構
X:中心束管結構
T:油膏填充式結構
Z:自承式結構
B:扁平形狀
Z:阻燃
- 護套的代號及其意義
Y:聚乙烯護套
V:聚氯乙烯護套
U:聚氨酯護套
A:鋁-聚乙烯粘結護套（A護套）
S:鋼-聚乙烯粘結護套（S護套）
W:夾帶平行鋼絲的鋼-聚乙烯粘結護套（W護套）
L:鋁護套
G:鋼護套
Q:鉛護套
- 外護層代號及其意義
外護層是指鎧裝層及鎧裝層外邊的外被層。
