一文了解光纤的基本知识

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2023-10-11 17:41:18 585

光纤是一种用来传输光信号的通信线路，它由光学玻璃或塑料等材料制成，具有高速、长距离传输、抗干扰、安全等优点，因此被广泛应用于现代通信技术、医疗设备、天文观测等领域。然而，在处理超过百米传输距离和高带宽需求的应用时，由于网线的限制，人们寻求着新的传输介质。

1966年，华裔物理学家高锟于1966年在PIEE杂志上发表了题为《光频率的介质纤维表面波导》的论文，该论文从理论上分析证明了光纤作为传输媒介，实现光通信的可能性。随后在1970年，美国康宁公司的三名科研人员马瑞尔、卡普隆和凯克通过改进化学相沉积法，成功研制出成传输损耗仅为20dB/km的低损耗石英光纤。这一突破性的研究为光通信领域带来了革命性的变革。

光纤的定义

光纤是光导纤维的缩写，主要成分是高纯度二氧化硅（小知识：沙子主要成分也是二氧化硅），圆柱形，细如发丝。结构简单，由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。具有重量轻、频带宽、传输距离远、抗干扰能力强、易折断等特点。实现原理是“光的全反射”。

光纤的工作窗口

光纤有3个工作窗口：850nm、1310nm、1550nm。光纤在这个三个波长损耗最低，分别为2.5dB/km,0.27dB/km,0.16dB/km。这大大提高了光纤的传输距离。

光纤的分类

光纤分类方法很多，常见的按照传输模数分为多模光纤和单模光纤。

顾名思义，多模光纤有几十上百种传输模式，产生的色散比较大，导致时延、速率低等问题，传输距离一般不超2km，适用于建筑物内部通信，多为橘红色，光源为发光二极管；单模光纤只有一种传输模式，传输的容量大，距离长，适用于远程通信，颜色为黄色，光源为激光二极管。

按ITU-T建议分类，单模光纤目前可以分为G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657六种。

光纤的传输特性

损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性，它们直接影响光传输的性能。

1、光纤传输损耗 : 自身损耗主要有吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是因为光波在传输中有部分光能转化为热能 ; 散射损耗是因为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的。

在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因的一些损耗，包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗的大小直接影响光纤传输距离的长短和中继距离的选择。

2、光纤传输色散 : 色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生的时间上的展宽。传输中引起的波形畸变。这种畸变使得通信质量下降，从而限制了通信容量和传输距离。

光纤接头

光纤的测量工具

光纤布放完成后，需要进行测量，常用工具有红光笔、光功率计、和光时域反射仪（OTDR）。

1、红光笔：用于检测光纤线路是否连通有断点，按其最短检测距离划分为：5Km、10Km、15Km、20Km、25Km，30Km，35Km，40Km等。红光笔发出的是可见光，可从光纤一段打光，在另一端看是否能看到光来判断是否整条线路完好。

2、光功率计：测试整条光纤线路的光衰具体数值有多少。根据线路长度和情况判断线路是否异常。光纤光衰正常范围在-20~25dBm。

3、光时域反射计（OTDR）：用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。可以整体把握整条光纤的性能，并能精确定位故障点的位置。

光纤传输系统

1、组网图

2、常用设备、配件

常用设备是光传输设备，将各种信号转换成光信号在光纤中传输。包括光端机、光纤收发器、光猫等。

配件主要是光模块、光跳线、光配线架、光纤耦合器（法兰）等。主要功能是连接光纤、延伸光纤系统的长度和通路。

每经过1个光纤耦合器光衰0.75dBm。

光纤是一种高效、可靠、灵活、安全的通信线路，已经成为现代通信技术不可或缺的一部分，并在未来的发展中有着广阔的应用前景。

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