光纤通信技术详解：从构造原理到应用实践
光纤通信技术详解：从构造原理到应用实践
光纤通信技术是现代通信领域的重要组成部分，广泛应用于各种通信场景。本文将从光纤的构造、工作原理、色散、损耗、分类、标准、接口类型、熔接方法以及使用注意事项等多个方面，为您详细介绍光纤通信技术的相关知识。
光纤的构造：纤芯、包层、涂覆层
光纤呈圆柱形，主要由纤芯、包层、涂覆层组成。
纤芯：位于光纤的中心部位，成分为高纯度的二氧化硅，掺有极少量掺杂剂。
包层：位于纤芯的周围，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。
涂覆层：光纤的最外层，由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成。涂覆层保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤。
�光 fiber的工作原理：利用全反射来传输光信号
全内反射，又称全反射（total internal reflection，TIR），是一种光学现象。当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时，如果入射角大于某一临界角θc（光线远离法线）时，折射光线将会消失，所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质。
全反射原理：若使光束从光密媒质射向光疏媒质时，则折射角大于入射角，如果不断增大θ0可使折射角θ1达到90°，这时的θ1称为临界角。当光线从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角时，就会产生全反射现象。
当光进入光纤中心传播时，光纤纤芯的折射率n1比包层n2高，而纤芯的损耗比包层低，这样光会发生全反射现象，其光能量主要在纤芯内传输，借助于接连不断地全反射，光可以从一端传导到另一端。
光纤的色散
光纤色散的原因：在光纤中，光信号是由很多不同的成分组成的，由于信号的各频率成分或各模式成分的传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成分之间出现时延差，引起传输信号波形失真，脉冲展宽，这种现象称为光纤色散。
光纤色散的影响：光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变和展宽，从而产生码间干扰。为了保证通信质量，必须增大码间间隔，即降低信号的传输速率，这就限制了光纤系统的通信容量和传输距离。
光纤色散的分类：按照色散产生的原因，光纤色散可分为模式色散，材料色散、波导色散和极化色散。
光纤的工作频段
短波长光纤(波长典型值为850nm)。
长波长光纤(波长为1310nm，1550nm)。
�光 fiber的损耗
光 fiber的损耗是指：光信号经光 fiber传输后，由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。
光 fiber的分类
阶跃光 fiber：在纤芯与包层区域内，折射率的分布分别是均匀的，分别为n1和n2，在纤芯与包层的边界处其折射率的变化是阶跃的(n2<n1)。
渐变光 fiber：光纤轴心处的折射率最大(n1)，但随横截面径向的增加而逐渐减小，到纤芯与包层的边界处正好降到与包层区域的折射率n2。
单模光 fiber
单模光 fiber（SMF，single-mode fiber）：只能传一种模式的光，因此其模间色散很小，适用于远程通讯。
单模光 fiber多为黄色外套加蓝色接头，缆芯9.0 μm。单模光 fiber的中心波长有两种：1310 nm和1550 nm，1310 nm一般用于短距、中距或长距传输，1550 nm用于长距、超长距传输。传输距离决定于光模块的发射功率，1310 nm的单模口传输距离有10 km、30 km、40 km等，1550 nm的单模口传输距离有40 km、70 km、100 km等。
多模光 fiber
多模光 fiber（MMF，multimode fiber）：可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
多模光 fiber多为橘红色/灰色外套加黑色/米色接头，缆芯50.0 μm和62.5 μm。多模光 fiber的中心波长一般为850 nm。多模光 fiber传输距离较短，一般在500 m以内。
光 fiber的不同ITU-T标准及应用
按照ITU-T国际标准规定分类：G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657。
G.651，长波长多模光 fiber
适合光波波长为850 nm或1310 nm的短距离传输，用于局域网。
G.652，色散非位移单模光 fiber
适合光波波长为1310 nm ~ 1550 nm的传输，用于接入网。
G.653，色散位移单模光 fiber
适合光波波长为1550 nm的长距离传输，用于主干网，支持DWDM。
G.654，截止波长位移光 fiber
适合光波波长为1550 nm的长距离传输，用于海底电缆，不支持DWDM。
G.655，非零色散位移光 fiber
适合光波波长为1550 nm的长距离传输，用于主干网或海底电缆，支持DWDM。
G.656，低斜率非零色散位移光 fiber
非零色散位移光 fiber的一种，对于色散的速度有严格的要求，确保了DWDM系统中更大波长范围内的传输性能。
G.657，耐弯光 fiber
弯曲半径最小可达5 mm～10 mm。G.657是根据FTTx技术的需求及组装应用而生的新产品。
光 fiber的接口类型（SC、LC、ST、FC）
光 fiber接口有以下几种：
SC，大方头，卡接式方型(路由器交换机上用的最多)，Square Connector，SC是一种体积适中的光 fiber连接器，其特点是结构简单、插拔方便。它采用插拔式连接方式，可以直接插拔而不需要工具。SC接口主要分为SC阴头和SC阳头。
LC，小方头，Lucent Connector，材质为塑料。LC接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。其特点是连接方便、插入损耗低。采用插拔式连接方式，可以直接插拔而不需要工具。LC接口主要分为LC阴头和LC阳头。LC接口常用于低速率、低功率光模块。接头与 SC 接头形状相似，较 SC 接头小一些。
ST，卡接式圆型，Stab & Twist，材质为金属，特点是体积较小、结构简单。它采用卡口式连接方式，可以直接卡紧而不需要工具。ST接口主要分为ST阴头和ST阳头。ST接口常用于早期设备中。
FC，圆型带螺纹(配线架上用的最多)，Ferrule Connector，FC是一种体积较大的光 fiber连接器，其特点是连接牢固、耐高温、耐腐蚀。它采用螺纹连接方式，可以保证连接的稳定性和可靠性。FC接口主要分为FC阴头和FC阳头，其中FC阴头为内螺纹，FC阳头为外螺纹。
LC是1.25 mm的卡套，采用工程塑料，小方形接头。
FC是2.5 mm的卡套，采用金属材料，圆形带螺纹接头。
SC是2.5 mm的卡套，采用工程塑料，标准方形接头。
光 fiber的常见标示方法：如“FC/PC”，“SC/PC”，“SC/APC”
“/”前面部分，表示尾纤的连接器型号，FC，SC如前所述。
”/”后面部分，表示光 fiber接头截面工艺，即研磨方式。
PC：Physical contact，其接头截面是平的，实际上是微球面研磨抛光，在电信运营商的设备中应用得最为广泛。
APC：呈8度角并做微球面研磨抛光，在广电和早期的CATV中应用较多的型号，其尾纤头采用了带倾角的端面，可以改善电视信号的质量，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接头耦合面是垂直的时候，反射光沿原路径返回。
UPC：衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的设备，一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，主要是为提高ODF设备自身的指标。
光 fiber的熔接
熔接是利用电极棒之间放电产生的热能使光 fiber融化为一体的接线技术，分为以下两类:
光 fiber芯调芯方式：这是在显微镜下观察光 fiber的芯线，通过图像处理进行定位，使芯线的中心轴一致，然后进行放电的融接方式。采用配置双向观察摄影机的融接机从两个方向进行定位。
固定V型槽调芯方式：这是采用高精度V型槽排列光 fiber，利用融化光 fiber时的表面张力所产生的调芯效果进行外径调芯的融接方式。最近，由于制造技术的发展使光 fiber芯位置等的尺寸精度得到提高，因此，可以实现低损耗接线。本方式主要用于多芯一次性接线。
光 fiber使用注意事项
严禁用力拉光 fiber，容易造成光 fiber开裂。
严禁扭绞光 fiber线，避免出现可能的造成光 fiber线扭绞的情况。应顺着光 fiber自然松弛状态进行盘纤。
光 fiber使用后一定要用防尘帽将光 fiber接头保护起来，灰尘和油污会损害光 fiber的耦合。
如果光 fiber接头被弄脏了，可以用擦纤盒或棉签蘸酒精清洁，否则会影响通信质量。
跳纤原则
1.跳纤时，必须满足ODF和设备的光 fiber整齐、布线美观、便于操作、少占空间的原则。
2.跳纤时，先将光 fiber的一端接入设备端口，另一端从布线槽内走纤，拉出盘纤架将多余的光 fiber绕缠成圆圈状，布放在盘纤架上，并用光 fiber绑扎带缠好后推入盘纤架，再将另一端接入设备或ODF架。
3.盘纤时，同一根光 fiber严禁在多个盘纤架间交叉缠绕。
4.跨机柜的光 fiber，在跨越机柜时要使用套管将光 fiber保护起来，避免光 fiber被其他线缆挤压，有配线架的要在配线架内布放。
5.光 fiber连接时不得出现拉的太紧、接头处是直角的情况。
6.所有光 fiber必须在布线槽内布放，严禁架外布放或飞线。
7.长度不足的光 fiber不得使用，不允许使用光 fiber适配器连接两段光 fiber，避免增加光 fiber的衰耗。
插入光 fiber时，应清洁光 fiber端面（光 fiber连接器）。禁止手直接触摸光 fiber端面或让光 fiber端面碰到生产环境物体。
在连接光 fiber时，应将光 fiber连接器垂直插入光接口，避免倾斜插入。应将整个光 fiber连接器插入到位。常用10. 严禁用力拉光 fiber，容易造成光 fiber和连接头的开裂的SC和LC连接器会听到“啪”声标识连接到位。
跳纤流程
1、准备工作
按照业务需求，准备工具、材料和盘面信息。
工具准备：记号笔、管套、标签纸、油性笔、记事本、钳子、电胶布。
材料准备：光 fiber、光模块、光 fiber绑扎带（尼龙粘扣带）、相应材料的数量、类型或长度按需求而定。
盘面准备：了解机房、设备、ODF的位置等相关信息，并进行记录。
2、选择光 fiber
依据接口类型和长度，选择合适的光 fiber。
根据接口、分光器、分纤盒上的法兰头选用相对应的光 fiber。
选择光 fiber的长度，推荐光 fiber长度的余量控制在50 cm以内。
3、布放光 fiber
根据跳纤原则布放光 fiber。
确认接口、分光器或分纤盒的位置。
摘掉光 fiber连接器的光 fiber帽。
将光 fiber一端的连接器插入相应的设备接口位置。
将光 fiber沿走线区布放至相应设备处。
将光 fiber另一端的连接器插入相应的设备接口位置。
4、粘贴标签
为了便于设备维护，应在每条光 fiber两端距离连接头1 cm~2 cm处，各粘贴一张标签。
所有的光 fiber标签必须用机打标签，不允许手写。
对于同时布放多根光 fiber的情况，先用记号笔对光 fiber进行标识以免混淆，等布放完成后再粘贴光 fiber标签。
光 fiber两端都需要粘贴标签。
粘贴后的标签朝向统一。对于垂直线缆，标签头部一般朝左。对于水平线缆，标签头部一般朝下。
5、捆扎光 fiber
使用光 fiber绑扎带按照一定间距对光 fiber进行绑扎。
光 fiber绑扎成束时，光 fiber绑扎带间距应为20 cm。
绑扎成束的光 fiber转弯时，光 fiber绑扎带应扎在转角两侧，以避免光 fiber转弯处用力过大造成断芯。2 mm的光 fiber弯曲半径不能小于30 mm，3 mm的光 fiber弯曲半径不能小于40 mm。
光 fiber绑扎带和光 fiber的接触面为毛面，绑扎带的钩面不与光 fiber接触。
绑扎光 fiber前应先将光 fiber理顺。光 fiber绑扎带绑扎光 fiber时应松紧适宜，不要绑扎过紧。布放时尽量避免光 fiber交错。
6、收尾工作
跳纤工作完成后，需要进行扫尾工作：
工具整理：将安装用到的工具摆放到指定位置。
余料回收：将工程余料回收。
清理杂物：将安装产生的垃圾清扫干净，保证环境整洁。
完成安装报告：将站点安装报告转交给相关负责人。如果站点处于正常工作中，告知操作维护人员跳纤已经完成。