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            超全解析:光纖光纜基礎知識
            光纖的原材料以玻璃為主,所以制造成本相對不高。光纖通訊有良好的特性,如:保密性、容量高、速率高等。所以光纖應用極為廣泛,大致有以下幾類:
            1、骨干傳輸網絡(SDH/SONET),如各大城市之間、各大洋底的海底光纜等;
            2、以太網(GBE),包括現在的光纖到戶(FTTH)、到樓(FTTB)、到社區等,主要是我們家庭、辦公網絡;
            3、數據網絡(Fiber channel),各種存儲設備、數據庫,包括正在發展的云計算服務系統;
            4、有線電視傳輸(PIN接收);
            5、其他特種用途傳輸,如戰機、艦船。
            動態圖示光纖光纜的48條基礎知識點
            1.簡述光纖的組成
            答:光纖由兩個基本部分組成:由透明的光學材料制成的芯和包層、涂敷層。

            2.描述光纖線路傳輸特性的基本參數有哪些
            答:包括損耗、色散、帶寬、截止波長、模場直徑等。
            3. 產生光纖衰減的原因有什么?
            答:光纖中光功率沿縱軸逐漸減小。光功率減小與波長有關。光纖鏈路中,光功率減小主要原因是散射、吸收,以及連接器和熔接接頭造成的光功率損耗。衰減的單位為dB。

            產生原因:使光纖產生衰減的原因很多,主要有:吸收衰減,包括雜質吸收和本征吸收;散射衰減,包括線性散射、非線性散射和結構不完整散射等;其它衰減,包括微彎曲衰減等。其中最主要的是雜質吸收引起衰減。

            光纖衰減系數(fiber attenuation coefficient):每公里光纖對光信號功率的衰減值。單位:dB/km。
            光纖彎曲損耗:光纖對彎曲非常敏感,過度彎曲 = 光溢出。如果彎曲半徑 <20x 外徑,則大部分光都會從涂層溢出。單模光纜比多模光纜對彎曲損耗更敏感。
            兩種彎曲都會發生光損耗:Macrobend(宏彎) 和Microbend(微彎)。
            Macrobend

            當Macrobend彎曲被糾正,可以得到恢復。

            Microbend

            Microbend無法恢復,比如由線纜捆扎過緊造成。

            4.光纖衰減系數是如何定義的?

            答:用穩態中一根均勻光纖單位長度上的衰減(dB/km)來定義。
            5.插入損耗是什么?
            答:是指光傳輸線路中插入光學部件(如插入連接器或耦合器)所引起的衰減。
            6.光纖的帶寬與什么有關?
            答:光纖的帶寬指的是:在光纖的傳遞函數中,光功率的幅值比零頻率的幅值降低50%或3dB時的調制頻率。光纖的帶寬近似與其長度成反比,帶寬長度的乘積是一常量。
            7.光纖的色散有幾種?與什么有關?
            答:光纖的色散是指一根光纖內群時延的展寬,包括模色散、材料色散及結構色散。取決于光源、光纖兩者的特性。

            光纖中由光源光譜成分中不同波長的不同群速度所引起的光脈沖展寬的現象。


            材料色散
            光纖材料石英玻璃的折射率對不同的傳輸光波長有不同的值,許多不同波長的太陽光通過棱鏡以后可分成七種不同顏色就是一個證明。由于上述原因,材料折射率隨光波長而變化從而引起脈沖展寬的現象稱為材料色散。


            波導色散
            由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小,因此在交界面產生全反射時,就可能有一部分光進入包層之內。這部分光在包層內傳輸一定距離后,又可能回到纖芯中繼續傳輸。進入包層內的這部分光強的大小與光波長有關,這就相當于光傳輸路徑長度隨光波波長的不同而異。
            把有一定波譜寬度的光源發出的光脈沖射入光纖后,由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同,所以到達終點的時間也不相同,從而出現脈沖展寬。具體來說,入射光的波長越長,進入包層中的光強比例就越大,這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導引起的,由此產生的脈沖展寬現象叫做波導色散。

            光纖的折射率分布

            8.信號在光纖中傳播的色散特性怎樣描述?
            答:可以用脈沖展寬、光纖的帶寬、光纖的色散系數三個物理量來描述。

            9.什么是截止波長?
            答:是指光纖中只能傳導基模的最短波長。對于單模光纖,其截止波長必須短于傳導光的波長。
            10.光纖的色散對光纖通信系統的性能會產生什么影響?
            答:光纖的色散將使光脈沖在光纖中傳輸過程中發生展寬。影響誤碼率的大小,和傳輸距離的長短,以及系統速率的大小。
            11.什么是背向散射法?
            答:背向散射法是一種沿光纖長度上測量衰減的方法。光纖中的光功率絕大部分為前向傳播,但有很少部分朝發光器背向散射。在發光器處利用分光器觀察背向散射的時間曲線,從一端不僅能測量接入的均勻光纖的長度和衰減,而且能測出局部的不規則性、斷點及在接頭和連接器引起的光功率損耗。

            OTDR正是利用背向散射來測光纜線路的損耗,長度等。

            光在光纖中傳播時會發生瑞利散射(Rayleigh backscattering)以及菲涅爾反射(Fresnel reflection),OTDR就是利用了光這一特點,采集光脈沖的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光電一體化儀表。
            12.光時域反射計(OTDR)的測試原理是什么?有何功能?
            答:OTDR基于光的背向散射與菲涅耳反射原理制作,利用光在光纖中傳播時產生的后向散射光來獲取衰減的信息,可用于測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點定位以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等,是光纜施工、維護及監測中必不可少的工具。其主要指標參數包括:動態范圍、靈敏度、分辨率、測量時間和盲區等。

            13.OTDR的盲區是指什么?對測試會有何影響?在實際測試中對盲區如何處理?
            答:通常將諸如活動連接器、機械接頭等特征點產生反射引起的OTDR接收端飽和而帶來的一系列“盲點”稱為盲區。
            光纖中的盲區分為事件盲區和衰減盲區兩種:由于介入活動連接器而引起反射峰,從反射峰的起始點到接收器飽和峰值之間的長度距離,被稱為事件盲區;光纖中由于介入活動連接器引起反射峰,從反射峰的起始點到可識別其他事件點之間的距離,被稱為衰減盲區。
            對于OTDR來說,盲區越小越好。盲區會隨著脈沖展寬的寬度的增加而增大,增加脈沖寬度雖然增加了測量長度,但也增大了測量盲區,所以,在測試光纖時,對OTDR附件的光纖和相鄰事件點的測量要使用窄脈沖,而對光纖遠端進行測量時要使用寬脈沖。
            14.OTDR能否測量不同類型的光纖?
            答:如果使用單模OTDR模塊對多模光纖進行測量,或使用一個多模OTDR模塊對諸如芯徑為62.5mm的單模光纖進行測量,光纖長度的測量結果不會受到影響,但諸如光纖損耗、光接頭損耗、回波損耗的結果是不正確的。所以,在測量光纖時,一定要選擇與被測光纖相匹配的OTDR進行測量,這樣才能得到各項性能指標均正確的結果。
            15.常見光測試儀表中的“1310nm”或“1550nm”指的是什么?
            答:指的是光信號的波長。光纖通信使用的波長范圍處于近紅外區,波長在800nm~1700nm之間。常將其分為短波長波段和長波長波段,前者指850nm波長,后者指1310nm和1550nm。
            光纖通信工作波長在于近紅外區,波段有:
            O波段:1260nm到1310nm
            E波段:1360nm到1460nm
            S波段:1460nm到1530nm
            C波段:1535nm到1565nm
            L波段:1565nm到1625nm
            U波段:1640nm到1675nm

            單模光纖通常工作在1310nm、1550nm和1625nm。
            16.在目前商用光纖中,什么波長的光具有最小色散?什么波長的光具有具有最小損耗?
            答:1310nm波長的光具有最小色散,1550nm波長的光具有最小損耗。
            17.根據光纖纖芯折射率的變化情況,光纖如何分類?
            答:可分為階躍光纖和漸變光纖。階躍光纖帶寬較窄,適用于小容量短距離通信;漸變光纖帶寬較寬,適用于中、大容量通信。
            18.根據光纖中傳輸光波模式的不同,光纖如何分類?


            答:可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖芯徑約在1~10μm之間,在給定的工作波長上,只傳輸單一基模,適于大容量長距離通信系統。多模光纖能傳輸多個模式的光波,芯徑約在50~60μm之間,傳輸性能比單模光纖差。
            在傳送復用保護的電流差動保護時,安裝在變電站通信機房的光電轉換裝置與安裝在主控室的保護裝置之間多用多模光纖。
            19.階躍折射率光纖的數值孔經(NA)有何意義?
            答:數值孔經(NA)表示光纖的收光能力, NA越大,光纖收集光線能力越強。
            20.什么是單模光纖的雙折射?
            答:單模光纖中存在兩個正交偏振模式,當光纖不完全園柱對稱時,兩個正交偏振模式并不是簡并的,兩個正交偏振的模折射率的差的絕對值即為雙折射。
            21.最常見的光纜結構有幾種?
            答:有層絞式和骨架式兩種。
            22.光纜主要由什么組成?
            答:主要由:纖芯、光纖油膏、護套材料、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)等材料組成。
            23.光纜的鎧裝是指什么?
            答:是指在特殊用途的光纜中(如海底光纜等)所使用的保護元件(通常為鋼絲或鋼帶)。鎧裝都附在光纜的內護套上。

            24.光纜護套用什么材料?
            答:光纜護套或護層通常由聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)材料構成,其作用是保護纜芯不受外界影響。

            25.列舉在電力系統中應用的特殊光纜。
            答:主要有三種特殊光纜:
            地線復合光纜(OPGW),光纖置于鋼包鋁絞結構的電力線內。OPGW光纜的應用,起到了地線和通信的雙功能,有效地提高了電力桿塔的利用率。
            纏繞式光纜(GWWOP),在已有輸電線路的地方,將這種光纜纏繞或懸掛在地線上。
            自承式光纜(ADSS),有很強的抗張能力,可直接掛在兩座電力桿塔之間,其最大跨距可達1000m。
            26.OPGW光纜的應用結構有幾種?
            答:主要有:1)塑管層絞+ 鋁管的結構;2) 中心塑管+ 鋁管的結構;3) 鋁骨架結構;4) 螺旋鋁管結構;5) 單層不銹鋼管結構( 中心不銹鋼管結構、不銹鋼管層絞結構);6) 復合不銹鋼管結構( 中心不銹鋼管結構、不銹鋼管層絞結構)。
            27.OPGW光纜纜芯外的絞線線材主要由什么組成?
            答:以AA線(鋁合金線) 和AS線材(鋁包鋼線)組成。

            28.要選擇OPGW光纜型號,應具備的技術條件有哪些?
            答: 1) OPGW光纜的標稱抗拉強度(RTS) (kN);
            2) OPGW光纜的光纖芯數(SM);
            3) 短路電流(kA);
            4) 短路時間(s);
            5) 溫度范圍(℃)。
            29.光纜的彎曲程度是如何限制的?
            答:光纜彎曲半徑應不小于光纜外徑的20倍,施工過程中(非靜止狀態)不小于光纜外徑的30倍。
            30.在ADSS光纜工程中,需注意什么?
            答:有三個關鍵技術:光纜機械設計、懸掛點的確定和配套金具的選擇與安裝。
            31.光纜金具主要有哪些?
            答:光纜金具是指安裝光纜使用的硬件,主要有:耐張線夾,懸垂線夾、防振器等。
            32.光纖連接器有兩個最基本的性能參數,分別是什么?
            答:光纖連接器俗稱活接頭.對于單纖連接器光性能方面的要求,重點是在介入損耗和回波損耗這兩個最基本的性能參數上。
            33.常用的光纖連接器有幾類?
            答:按照不同的分類方法,光纖連接器可以分為不同的種類,按傳輸媒介的不同可分為單模光纖連接器和多模光纖連接器;按結構的不同可分為FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各種型式;按連接器的插針端面可分為FC、PC(UPC)和APC。
            常用的光纖連接器:FC/PC型光纖連接器、SC型光纖連接器,LC型光纖連接器。
            34.光纖熔接圖示




            35.什么是光纖連接器的介入損耗(或稱插入損耗)?
            答:是指因連接器的介入而引起傳輸線路有效功率減小的量值,對于用戶來說,該值越小越好。ITU-T規定其值應不大于0.5dB。
            36.什么是光纖連接器的回波損耗(或稱反射衰減、回損、回程損耗)?
            答:是衡量從連接器反射回來并沿輸入通道返回的輸入功率分量的一個量度,其典型值應不小于25dB。
            37.發光二極管和半導體激光器發出的光最突出的差別是什么?
            答:發光二極管產生的光是非相干光,頻譜寬;激光器產生的光是相干光,頻譜很窄。
            38.發光二極管(LED)和半導體激光器(LD)的工作特性最明顯的不同是什么?
            答:LED沒有閾值,LD則存在閾值,只有注入電流超過閾值后才會產生激光。
            39.單縱模半導體激光器常用的有哪兩種?
            答:DFB激光器和DBR激光器,二者均為分布反饋激光器,其光反饋是由光腔內的分布反饋布拉格光柵提供的。
            40.光接收器件主要有哪兩種?
            答:主要有光電二極管(PIN管)和雪崩光電二極管(APD)。
            41.光纖通信系統的噪聲產生的因素有哪些?
            答:有由于消光比不合格產生的噪聲,光強度隨機變化的噪聲,時間抖動引起的噪聲,接收機的點噪聲和熱噪聲,光纖的模式噪聲,色散導致的脈沖展寬產生的噪聲,LD的模分配噪聲,LD的頻率啁啾產生的噪聲以及反射產生的噪聲。
            42.目前用于傳輸網建設的光纖主要有哪些?其主要特點是什么?
            答:主要有三種,即G.652常規單模光纖、G.653色散位移單模光纖和G.655非零色散位移光纖。
            G.652單模光纖在C波段1530~1565nm和L波段1565~1625nm的色散較大,一般為17~22psnm•km,系統速率達到2.5Gbit/s以上時,需要進行色散補償,在10Gbit/s時系統色散補償成本較大,它是目前傳輸網中敷設最為普遍的一種光纖。
            G.653色散位移光纖在C波段和L波段的色散一般為-1~3.5psnm•km,在1550nm是零色散,系統速率可達到20Gbit/s和40Gbit/s,是單波長超長距離傳輸的最佳光纖。但是,由于其零色散的特性,在采用DWDM擴容時,會出現非線性效應,導致信號串擾,產生四波混頻FWM,因此不適合采用DWDM。
            G.655非零色散位移光纖:G.655非零色散位移光纖在C波段的色散為1~6psnm•km,在L波段的色散一般為6~10psnm•km,色散較小,避開了零色散區,既抑制了四波混頻FWM,可用于DWDM擴容,也可以開通高速系統。新型的G.655光纖可以使有效面積擴大到一般光纖的1.5~2倍,大有效面積可以降低功率密度,減少光纖的非線性效應。
            43.什么是光纖的非線性?
            答:是指當入纖光功率超過一定數值后,光纖的折射率將與光功率非線性相關,并產生拉曼散射和布里淵散射,使入射光的頻率發生變化。
            44.光纖非線性對傳輸會產生什么影響?
            答:非線性效應會造成一些額外損耗和干擾,惡化系統的性能。WDM系統光功率較大并且沿光纖傳輸很長距離,因此產生非線性失真。非線性失真有受激散射和非線性折射兩種。其中受激散射有拉曼散射和布里淵散射。以上兩種散射使入射光能量降低,造成損耗。在入纖功率較小時可忽略。
            45.什么是PON(無源光網絡)?
            答:PON是本地用戶接入網中的光纖環路光網絡,基于無源光器件,如耦合器、分光器。
            46.光纖連接器


            光纖適配器

            PC/UPC/APC光纖截面
            光纖接頭的截面應該分為PC、UPC、APC。
            PC和UPC為光纖微球型端面是與陶瓷體的端面是平行的,工業標準的回波損耗分別為-35dB和-50dB。
            APC截面8度傾斜角,為了減少反射,工業標準的回波損耗為-60dB。

            47.光耦合器
            光纖耦合器(Coupler)又稱分路器(Splitter),是將光信號從一條光纖中分至多條光纖中的元件。

            耦合器是雙向無源器件,基本形式有樹型、星型。
            48.什么是模場直徑
            大部分光集中在纖芯,部分進入包層,這一更寬的分布稱為模場直徑。

            單模光纖中的基模場并沒有完全集中在纖芯中,有一部分的能量存在于包層中。所以不能像多模光纖那樣用纖芯直徑表示橫截面上的傳光范圍,只能用模場直徑來表示。

            模場直徑是衡量單模光纖橫截面上基模場分布的一個物理量。模場直徑用來表征在單模光纖的纖芯區域基模光的分布狀態?;T诶w芯區域軸心線處光強最大,并隨著偏離軸心線的距離增大而逐漸減弱。 一般將模場直徑定義為光強降低到軸心線處最大光強的1/(e^2)的各點中兩點最大距離。
            (文章來源:弱電工程師的圈子 版權歸原作者所有,如有侵權,請聯系刪除)
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