了解網絡介質之三－光纖光纜(上)

        隨著Internet的迅猛發展，光纖通信已經進入用
戶網，并逐步取代用戶網中的音頻電纜，從而走進千家萬戶。所
謂光纖通信，是指將要傳送的語音、圖像和數據信號等調制在光
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
現的最適合傳導光的傳輸媒介，是光纖通信系統中不可缺少的組
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，大致與人的頭發的
粗細相當。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。再外面的是一層薄的塑
料外套，用來保護封套。光纖通常被
扎成束，外面有外殼保護。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，它質地脆,易斷裂,
因此需要外加一保護層。其結構如圖1
所示。
圖1 光纖刨面結構示意
陸地上的光纖通常埋在地下1米處，有時會受到地下小動物的破壞。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源：發光二極管LED(light-emitting diode)和半導體激光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成，在遇到光時，它給出一個點脈沖。光電二極管的響應時間一般為1ns，這
就是把數據傳輸速率限制在1Gb/s內的原因。熱噪聲也是個問題，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，則出錯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）傳輸點模數類
傳輸點模數類分單模光纖(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,
能以多個模式同時傳輸的光纖。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層的折射率都是一個
常數。在纖芯和保護層的交界面,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
律減小,在纖芯與保護層交界處減小為保護層的折射率。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
它使重新配置系統很容易。
第二，可以用機械方法將其接合。方法是將兩根小心切割好的光纖的一端放在一個套管中，然后鉗起來。
可以讓光纖通過結合處來調整，以使信號達到最大。機械結合需要訓練過的人員花大約5分鐘的時間完成，
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實的連接。融合方法形成的光纖和單根光纖差不多是相同的，但
也有一點衰減。對于這三種連接方法，結合處都有反射，并且反射的能量會和信號交互作用。
5、接口
目前使用的接口有兩種。無源接口由兩個街頭熔于主光纖形成。接頭的一端有一個發光二極管或激光二極
管（用于發送）。另一端有一個光電二極管（用于接收）。接頭本身是完全無源的，因而是非?？煽康?。
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變成電信號，如果信號已經減
弱，則重新放大到最強度，然后轉變成光再發送出去。連接計算機的是一根進入信號再生器的普通銅線。
現在已有了純粹的光中繼器，這種設備不需要光電轉換，因而可以以非常高的帶寬運行。