了解网络介质之三－光纤光缆(上)

        随着Internet的迅猛发展，光纤通信已经进入用
户网，并逐步取代用户网中的音频电缆，从而走进千家万户。所
谓光纤通信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光
载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。而光纤是迄今为止发
现的最适合传导光的传输媒介，是光纤通信系统中不可缺少的组
成部分。
1、组成原理
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、工作原理
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。
3、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。
图2 光在折射率分布类光纤中的传输过程
4、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。
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。