了解網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)之三－光纖光纜(上)

        隨著Internet的迅猛發(fā)展，光纖通信已經(jīng)進(jìn)入用
戶網(wǎng)，并逐步取代用戶網(wǎng)中的音頻電纜，從而走進(jìn)千家萬戶。所
謂光纖通信，是指將要傳送的語音、圖像和數(shù)據(jù)信號(hào)等調(diào)制在光
載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。而光纖是迄今為止發(fā)
現(xiàn)的最適合傳導(dǎo)光的傳輸媒介，是光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的組
成部分。
1、組成原理
光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻
璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15mm~50mm，大致與人的頭發(fā)的
粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8mm~10mm。芯外面包圍著一層
折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖
保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑
料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被
扎成束，外面有外殼保護(hù)。纖芯通常
是由石英玻璃制成的橫截面積很小的
雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,
因此需要外加一保護(hù)層。其結(jié)構(gòu)如圖1
所示。
圖1 光纖刨面結(jié)構(gòu)示意
陸地上的光纖通常埋在地下1米處，有時(shí)會(huì)受到地下小動(dòng)物的破壞。在靠近海岸的地方，越洋光纖外殼被埋
在溝里。在深水中，它們處于底部，極有可能被魚類咬壞或被漁船撞壞。
2、工作原理
有兩種光源可被用作信號(hào)源：發(fā)光二極管LED(light-emitting diode)和半導(dǎo)體激光ILD(injection laser
diode)。它們有著不同的特性，如下表。
光纖的接收端由光電二極管構(gòu)成，在遇到光時(shí)，它給出一個(gè)點(diǎn)脈沖。光電二極管的響應(yīng)時(shí)間一般為1ns，這
就是把數(shù)據(jù)傳輸速率限制在1Gb/s內(nèi)的原因。熱噪聲也是個(gè)問題，因此光脈沖必須具有足夠的能量以便被檢
測到。如果脈沖能量足夠強(qiáng)，則出錯(cuò)率可以降到非常低的水平。
3、分類
光纖主要分以下兩大類:
1）傳輸點(diǎn)模數(shù)類
傳輸點(diǎn)模數(shù)類分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很
小,在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上,
能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。
2)折射率分布類
折射率分布類光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個(gè)
常數(shù)。在纖芯和保護(hù)層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)
律減小,在纖芯與保護(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。折射率分布類
光纖光束傳輸如圖2所示。
圖2 光在折射率分布類光纖中的傳輸過程
4、連接方式
光纖有三種連接方式。首先，可以將它們接入連接頭并插入光纖插座。連接頭要損耗10%到20%的光，但是
它使重新配置系統(tǒng)很容易。
第二，可以用機(jī)械方法將其接合。方法是將兩根小心切割好的光纖的一端放在一個(gè)套管中，然后鉗起來。
可以讓光纖通過結(jié)合處來調(diào)整，以使信號(hào)達(dá)到最大。機(jī)械結(jié)合需要訓(xùn)練過的人員花大約5分鐘的時(shí)間完成，
光的損失大約為10%。
第三，兩根光纖可以被融合在一起形成堅(jiān)實(shí)的連接。融合方法形成的光纖和單根光纖差不多是相同的，但
也有一點(diǎn)衰減。對(duì)于這三種連接方法，結(jié)合處都有反射，并且反射的能量會(huì)和信號(hào)交互作用。
5、接口
目前使用的接口有兩種。無源接口由兩個(gè)街頭熔于主光纖形成。接頭的一端有一個(gè)發(fā)光二極管或激光二極
管（用于發(fā)送）。另一端有一個(gè)光電二極管（用于接收）。接頭本身是完全無源的，因而是非常可靠的。
另一種接口被稱作有源中繼器(active repeater)。輸入光在中繼器中被轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，如果信號(hào)已經(jīng)減
弱，則重新放大到最強(qiáng)度，然后轉(zhuǎn)變成光再發(fā)送出去。連接計(jì)算機(jī)的是一根進(jìn)入信號(hào)再生器的普通銅線。
現(xiàn)在已有了純粹的光中繼器，這種設(shè)備不需要光電轉(zhuǎn)換，因而可以以非常高的帶寬運(yùn)行。