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综合布线基础知识光纤

综合布线基础知识——光纤

一、光纤

光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介.是一条玻璃或塑胶纤维,作为让讯息通过的传输媒介。

通常「光纤」与「光缆」两个名词会被混淆.多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为「光缆」.光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水,火,电击等.光缆分为:

光纤,缓冲层与披覆.光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。

中心是光传播的玻璃芯。

在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm，大致与人的头发的粗细相当。

而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。

芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。

再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。

光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。

纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。

光纤的特性

由於光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光讯号而非电讯号.因此,光纤具有很多独特的优点.

如:

宽频宽.低损耗.屏蔽电磁辐射.重量轻.安全性.隐密性.

光纤系统的运作

你可能知道任何通讯传输的过程包括:

编码→传输→解码,当然,光纤系统的传输过程也大致相同.电子讯号输入后,透过传输器将讯号数位编码,成为光讯号,光线透过光纤为媒介,传送到另一端的接受器,接受器再将讯号解码,还原成原先的电子讯号输出.

光纤光缆的运用

光缆的应用区分,可分为3种:

专业用途,一般屋外,一般屋内.在专业用途上包括海底光缆,高压电塔上之空架光缆,核能电厂之抗辐射光缆,化工业之抗腐蚀光缆等.而一般屋内与一般屋外的分类差异,依各型光缆依制造设计时之特质,其所适用之范围各有不同.

光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架,地下道,直接埋设,管道间铺设,室内用。

光纤的历史

1880-AlexandraGrahamBell发明光束通话传输

1960-电射与光纤之发明

1977-首次实际安装电话光纤网路

1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电

1990-区域网路与其他短距离传输应用之光纤

2000-到屋边光纤=>到桌边光纤

光纤的分类

光纤主要分以下两大类:

1）传输点模数类

传输点模数类分单模光纤（SingleModeFiber）和多模光纤（MultiModeFiber）。

单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。

多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。

与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。

ITU对光纤给出的标准：

G.651是多模光纤。

　　G.652是常规单模光纤，零色散点在1300nm，现在分G.652A、B、C、D几种，主要的区别在于PMD。

G.652光纤的特点是当工作波长在1300nm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受损耗限制。

　　G.653是色散位移光纤（DSF），主要特点是1550nm为零色散点，造成这个原因是通过波导色散进行色散平移的结果。

使低损耗与零色散在同一工作波长上。

但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。

如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；哪果有微量色散，FWM干扰反而有还会减小，针对这一现像，科学家们研制了一种新型光纤，NZ-DSF。

　　G.654光纤是超低损耗光纤，主要用于跨洋光缆，常见的纤芯是纯的SiO2，而普通的光纤纤芯要掺锗。

在1550nm附近的损耗最小，仅为0.185dB/km，但在此区域色散比较大，约17～20ps/〔nm*km〕，但在1300nm波长区域色散为零。

　　G.655光纤是非零色散位移光纤（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特点是1550nm的色散接近零，但不是零。

是一种改进的色散位移光纤，以抑制四波混频。

　　G.656光纤是未来导向光纤，G656的工作波长明显增大，包括S，C和L波段（1460到1625nm）。

G.652单模光纤

　　满足ITU-T.G.652要求的单模光纤，常称为非色散位移光纤，其零色散位于1．3um窗口低损耗区，工作波长为1310nm（损耗为0．36dB/km）。

我国已敷设的光纤光缆绝大多数

单模光纤和多模光纤

是这类光纤。

随着光纤光缆工业和半导体激光技术的成功推进，光纤线路的工作波长可转移到更低损耗（0.22dB/km）的1550nm光纤窗口。

G.653单模光纤

　　满足ITU-T.G.653要求的单模光纤，常称色散位移光纤（DSF=DispersionShifledFiber），其零色散波长移位到损耗极低的1550nm处。

这种光纤在有些国家，特别在日本被推广使用，我国京九干线上也有所采纳。

美国AT&T早期发现DSF的严重不足，在1550nm附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用。

但在日本，将色散补偿技术*用于G.653单模光纤线路，仍可解决问题，而且未见有日本的G.655光纤，似属个谜。

G.655单模光纤

　　满足ITU-T.G.655要求的单模光纤，常称非零色散位移光纤或NZDSF（=NonZeroDispersionShiftedFiber）。

属于色散位移光纤，不过在1550nm处色散不是零值（按ITU-T.G.655规定，在波长1530-1565nm范围对应的色散值为0.1-6.0ps/nm*km），用以平衡四波混频等非线性效应。

商品光纤有如AT&T的TrueWave光纤，Corning的SMF-LS光纤（其零色散波长典型值为1567.5nm，零色散典型值为0.07ps/nm2*

km）以与Corning的LEAF光纤。

我国的"大宝实"光纤等。

2）折射率分布类

折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。

跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。

在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。

渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。

纤芯的折射率的变化近似于抛物线。

光纤波长

　　1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。

　　1550nm波长的光在G.652光纤上传输时衰减因数很小，单纯从衰减因数考虑，1550nm波长的光在相同的光功率下传输的距离大于1310nm波长的光下的传输的距离，但是实际情况并非如此，单模光纤带宽B与色散因数D的关系为：

B=132.5/（Dl*D*L）GHz

　　其中L为光纤的长度，Dl为谱线宽度，对于1550nm波长的光，其色散因数为20ps/（nm.km），假设其光谱宽度等于1nm，传输距离为L=50公里，则有：

B=132.5/（D*L）GHz=132.5MHz

特性参数

1、衰耗系数a：

其规定与物理含义与多模光纤完全相同，在此不多叙述。

2、色散系数D（λ）：

我们已经知道，光纤的色散可以分为三大部分即模式色散、材料色散与波导色散。

而对于单模光纤而言，由于实现了单模传输所以不存在模式色散的问题，故其色散主要表现为材料色散与波导色散（统称模内色散）。

综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散，统称色散系数。

色散系数可以这样理解：

每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值。

因此，L公里光纤由色散引起的脉冲展宽值为：

σ=δλ•D（λ）•L（2.17）其中：

δλ为光源谱宽σ为根均方展宽值色散系数越小越好。

光纤的色散系数越小，就意味着其带宽系数越大即传输容量越大。

例如CCITT建议在波长1.31微米处单模光纤的色散系数应小于3.5ps/km.nm。

经过计算，其带宽系数在25000MHz•km以上，是多模光纤的60多倍（多模光纤的带宽系数一般在1000MHz•km以下）。

3、模场直径d：

模场直径表征单模光纤集中光能量的程度。

由于单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径（实际上基模光斑并没有明显的边界）。

可以极其粗略地认为（很不严格的说法），模场直径d和单模光纤的纤芯直径相近。

4、截止波长λc：

我们知道，当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余的高次模全部截止。

也就是说，除了光纤的参量如纤芯半径，数值孔径必须满足一定条件外，要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值，即λ≥λc，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。

因此，截止波长λc的含义是，能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。

也就是说，尽管其它条件皆满足，但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长，仍不可能实现单模传输。

5、回损---ReturnLoss：

反射损耗又称为回波损耗，它是指出光端，后向反射光相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。

二、光纤接头

FC圆型带螺纹（配线架上用的最多）

ST卡接式圆型

SC卡接式方型（路由器交换机上用的最多）

PC微球面研磨抛光

APC呈8度角并做微球面研磨抛光

MT-RJ方型,一头双纤收发一体（华为8850上有用）

光纤模块:

一般都支持热插拔,

GBICGigaBitrateInterfaceConverter,使用的光纤接口多为SC或ST型

SFP小型封装GBIC,使用的光纤为LC型

使用的光纤:

单模:

L,波长1310单模长距LH波长1310,1550

多模:

SM波长850

SX/LH表示可以使用单模或多模光纤

在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含义如下

“”前面部分表示尾纤的连接器型号

“SC”接头是标准方型接头，采用工程塑料，具有耐高温，不容易氧化优点。

传输设备侧光接口一般用SC接头

“LC”接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。

“FC”接头是金属接头，一般在ODF侧采用，金属接头的可插拔次数比塑料要多。

连接器的品种信号较多，除了上面介绍的三种外，还有MTRJ、ST、MU等。

”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。

“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛，其接头截面是平的。

，PC是PhysicalConnection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构，APC和PC类似，但采用了特殊的研磨方式，PC是球面，APC是斜8度球面

“UPC”的衰耗比“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。

另外，在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”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。

由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面，此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的，所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号，表现在画面上就是重影。

尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。

一般数字信号一般不存在此问题

三、光纤耦合器

光纤耦合器用于在配线架中连接两个光纤连接头,保证两根光纤的对准连接。

光纤耦合器有多模和单模两种规格,并带有彩色标识和防尘盖。

光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter）、连接器、适配器、法兰盘，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。

光纤耦合器可分标准耦合器（属于波导式，双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率）、直连式耦合器（连接2条相同或不同类型光纤接口的光纤,以延长光纤链路）、星状／树状耦合器、以与波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM），制作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（MicroOptics）、光波导式（WaveGuide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。

烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是光纤熔接机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15％左右，再者采用人工检测封装须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDM模块与光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在20～30％。

模块型的光纤耦合器

各种光纤耦合器

原理

　　光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。

对于波导式光纤耦合器，一般是一种具有Y型分支的元件，由一根光纤输入的光信号可用它加以等分。

当耦合器分支路的开角增大时，向包层中泄漏的光将增多以致增加了过剩损耗，所以开角一般在30°以内，因此波导式光纤耦合器的长度不可能太短。

波导式Y型分支路光纤耦合器

直连式光纤耦合器

分类

光纤连接器按传输媒介的不同可分为常见的硅基光纤的单模、多模连接器，还有其它如以塑胶等为传输媒介的光纤连接器；按连接头结构形式可分为：

FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种形式。

其中，ST连接器通常用于布线设备端，如光纤配线架、光纤模块等；而SC和MT连接器通常用于网络设备端。

按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC；按光纤芯数划分还有单芯和多芯（如MT-RJ）之分。

光纤连接器应用广泛，品种繁多。

在实际应用过程中，我们一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。

以下是一些目前比较常见的光纤连接器：

（1）FC型光纤连接器

这种连接器最早是由日本NTT研制。

最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端。

此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。

后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针（PC），而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。

FC型又分为FC/FC和FC/PC（APC）型，前一个FC是FerruleConnector的缩写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；后面的FC表明接头的对接方式为平面对接，PC是PhysicalConnection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构，APC和PC类似，但采用了特殊的研磨方式，PC是球面，APC是斜8度球面，指标要比PC好些。

目前电信网常用的是FC/PC型，FC/APC多用于有线电视系统。

一般写成FC或PC均是指FC/PC光连接器。

（2）SC型光纤连接器

SC型是一种由日本NTT公司开发的光纤连接器。

其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转头。

常用于在数据工程中使用。

一般SC型均指SC/PC。

ST和SC接口是光纤连接器的两种类型，对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型的，对于100Base-FX来说，连接器大部分情况下为SC类型的。

ST连接器的芯外露，SC连接器的芯在接头里面。

（3）双锥型连接器（BiconicConnector）

这类光纤连接器中最有代表性的产品由美国贝尔实验室开发研制，它由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。

（4）DIN47256型光纤连接器

这是一种由德国开发的连接器。

这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。

与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。

另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较小。

（5）MT-RJ型连接器

MT-RJ（MechanicalTransferRegisteredJack）起步于NTT开发的MT连接器，带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光收发信机相连，连接器端面光纤为双芯（间隔0.75mm）排列设计，是主要用于数据传输的下一代高密度光纤连接器。

（6）LC型连接器

LC型连接器是著名Bell（贝尔）研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔（RJ）闩锁机理制成。

其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。

这样可以提高光纤配线架中光纤连接器的密度。

目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。

（7）MU型连接器

MU（MiniatureunitCoupling）连接器是以目前使用最多的SC型连接器为基础，由NTT研制开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器，。

该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。

利用MU的l.25mm直径的套管，NTT已经开发了MU连接器系列。

它们有用于光缆连接的插座型连接器（MU-A系列）；具有自保持机构的底板连接器（MU-B系列）以与用于连接LD／PD模块与插头的简化插座（MU-SR系列）等。

随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，对MU型连接器的需求也将迅速增长。

左边是LC/PC连接器

右边是SC/PC连接器

SC连接器

ST连接器

TOSLINK连接器

DuplexLC连接器

DuplexMT-RJ连接器

四、光纤模块

　常见的光纤模块有两种，一是GBIC光模块，另一个是SFP光模块。

SFP模块是一种光模块（SmallFormFactorPluggable小封装模块），相比于GBIC模块要小，是GBIC光模块的发展，适应于高密度端口数而设计的，端口速率从100M到2.5Gbps不等。

两种模块都支持热插拔。

GBIC是GigaBitrateInterfaceConverter的缩写，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。

GBIC设计上可以为热插拔使用。

GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。

采用GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场分额。

SFP是SMALLFORMPLUGGABLE的缩写，可以简单的理解为GBIC的升级版本。

SFP模块体积比GBIC模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。

SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。

有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINI-GBIC）。

GBIC一般是SC口；SFP一般是LC接口

CiscoGBIC（GigaStackGigabitInterfaceConverter）是一个通用的、低成本的千兆位以太网堆叠模块，可提供Cisco交换机间的高速连接，既可建立高密度端口的堆叠，又可实现与服务器或千兆位主干的连接，为快速以太网向千兆以太网的过渡，提供了廉价的、高性能的选择方案。

此外，借助于光纤，还可实现与远程高速主干网络的连接。

GBIC模块分为两大类，一是普通级联使用的GBIC模块，二是堆叠专用的GBIC模块。

●级联GBIC模块

级联使用的GBIC模块分为4种:

一,1000Base-TGBIC模块（如图1所示），适用于超五类或六类双绞线，最长传输距离为100米.

二,1000Base-SXGBIC模块（如图2所示），适用于多模多纤（MMF），最长传输距离为500米.

三,1000Base-LX/LHGBIC模块，适用于单模光纤（SMF），最长传输距离为10千米.

四,1000Base-ZXGBIC，适用于长波单模光纤，最长传输距离为70千米~100千米。

图11000Base-TGBIC模块

图21000Base-SXGBIC模块

GBIC模块安装于千兆以太网模块的GBIC插槽中，用于提供与其他交换机和服务器的千兆位连接。

所示为安装在CiscoCatalyst4006千兆以太网模块中的GBIC。

图3安装在GBIC插槽中的GBIC模块

●堆叠GBIC模块

堆叠GBIC模块用于实现交换机之间的廉价千兆连接。

所示为适用于CiscoCatalyst2950/3550的GigaStackGBIC堆叠模块。

需要注意的是，GigaStackGBIC专门用于交换机之间的千兆位堆叠，GigaStackGBIC之间的连接采用专门的堆叠电缆。

（2）SFP

SFP（SmallForm-factorPluggables）可以简单的理解为GBIC的升级版本。

SFP模块体积比GBIC模块减少一半，可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。

由于SFP模块在功能上与GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型化GBIC（Mini-GBIC）。

五、信息插座

各种信息插座

信息插座的作用

　　一般是安装在墙面上的，也有桌面型和地面型的，主要是为了方便计算机等设备的移动，并且保持整个布线的美观。

以上三种信息插座分别是如图中左、中、右边所示。

信息插座的端接

　　无论是大中型网络的综合布线，还是SOHO和家庭网络的组建，都会涉与到信息插座的端接操作。

借助于信息插座，不仅使布线系统变得更加规范和灵活，而且也更加美观、方便，不会影响房间原有的布局和风格。

　　1.工具

　　端接信息模块时，需要使用电缆准备工具和打线工具。

　　电缆准备工具也称剥线刀，它的主要功能是剥掉双绞线外部的绝缘层。

使用它进行剥皮不仅比使用压线钳快，而且还比较安全，一般不会损坏到包裹芯线的绝缘层。

　　打线工具用于将双绞线压入模块，并剪断多余的线头。

　　2.端接信息插座

将信息模块插入信息面板中相应的插槽内

将信息模块插入信息面板中相应的插槽内

第1步，把双绞线从布线底盒中拉出，剪至合适的长度。

使用电缆准备工具剥除外层绝缘皮，然后，用剪刀剪掉抗拉线。

　　第2步，将信息模块的RJ-45接口向下，置于桌面、墙面等较硬的平面上。

　　第3步，分开网线中的4对线对，但线对之间不要拆开，按照信息模块上所指示的线序，稍稍用力将导线一一置入相应的线槽内。

通常情况下，模块上同时标记有568A和568B两种线序，用户应当根据布线设计时的规定，与其他连接设备采用相同的线序，一般为T568B标准连接。

否则必须标注清楚。

按照T568B标准连接方式时，信息插座引针（脚）与双绞线电缆线对分配情况如下：

线对1（蓝-4，白蓝-5），线对2（白橙-1，橙-2），线对3（白绿-3，绿-6），线对4（白棕-7，棕-8）。

　　第4步，将打线工具的刀口对准信息模块上的线槽和导线，垂直向下用力，听到“喀”的一声，模块外多余的线会被剪断。

重复这一操作，可将8条芯线一一打入相应颜色的线槽中。