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光纤已经是远距离有线信号传输的主要手段而安装、维护光纤也是很多人网络布线的基本功。 在网络布线中通常室外楼宇间幢与幢之间使用的是光缆室内楼宇内部大都使用的是以太网双绞线也有使用多模光纤。
那你对光纤的了解到底有多少想研究透彻的朋友继续往下看。
今天就从11个角度给你重新梳理一番打通光纤知识。 今日文章阅读福利《光纤通信系统第3版432页》 私信发送暗号“光纤”即可获取这本经典书籍进一步吃透整个光纤通信系统。 01 光纤是什么
光导纤维英语Optical fiber简称光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维利用光在这些纤维中以全内反射原理传输的光传导工具。 微细的光纤封装在塑料护套中使得它能够弯曲而不至于断裂。
通常光纤的一端的发射设备使用发光二极管或一束激光将光脉冲发送至光纤中光纤的另一端的接收设备使用光敏组件检测脉冲。
包含光纤的线缆称为光缆。
由于信息在光导纤维的传输损失比电在电线传导的损耗低得多更因为主要生产原料是硅蕴藏量极大较易开采所以价格很便宜促使光纤被用作长距离的信息传递介质。 光纤的主要用途是通信。目前通信用的光纤基本上是石英系光纤其主要成分是高纯度石英玻璃即二氧化硅(SiO2) 。
光纤通信系统就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。 02 光纤的工作原理 光纤的工作原理是光的全反射。 01 光纤的色散 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。 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。 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。 02 光纤的损耗
光纤的损耗是指光信号经光纤传输后由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。 吸收损耗
本征吸收光纤材料本身所固有的吸收作用。
杂志吸收光纤中杂质对光的吸收作用。 散射损耗
线性散射非线性散射结构不完善散射。 其他损耗
微弯曲衰耗等。
光纤是柔软的可以弯曲可是弯曲到一定程度后光纤虽然可以导光但会使光的传输途径改变。
由传输模转换为辐射模使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉从而产生损耗。
当弯曲半径大于510cm时由弯曲造成的损耗可以忽略。 03 光纤通信的优点 1、通信容量巨大。
从理论上讲一根光纤可以同时传输100亿个话路目前同时传输50万个话路的试验已经成功比传统同轴电缆、微波等高出几千乃至几十万倍。
2、中继距离长。
光纤具有极低的衰耗系数配以适当的光发送、光接收设备、光放大器、前向纠错与RZ编码调制技术等可使其中继距离达数千公里以上而传统电缆只能传送1.5km微波50km根本无法与之相比拟。
3、保密性好。
4、适应能力强。
具有不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等优点。
因为光纤的基本成分是石英只传光不导电不受电磁场的作用在其中传输的光信号不受电磁场的影响故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此在光纤中传输的信号不易被窃听因而利于保密。
5、体积小、重量轻
6、原材料来源丰富、价格低廉 04 光纤的种类按传输模式分类 01 多模光纤
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。 02 单模光纤
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。 03 单模光纤和多模光纤对比 04 多模光纤和单模光纤的应用
根据国际电信联盟ITU-T建议通信光纤分为G.651-G.657七大类其中G.651为多模光纤G.652至G.657为单模光纤。 05 光纤跳线Optical Fiber Patch Cord/Cable
光纤跳线又叫光纤连接器两端都有连接头。
光跳线由一根或数根一定长度的光纤和光连接器构成光跳线用来做从设备到光纤布线链路的跳接线一般用于连接光端机和终端盒。 01 单模光纤(Single-modeFiber)
一般光纤跳线用黄色表示接头和保护套为蓝色传输距离较长。单模光缆的连接距离可达10公里。 02 多模光纤(Multi-modeFiber)
一般光纤跳线用橙色表示也有的用灰色表示接头和保护套用米色或者黑色传输距离较短。
多模光缆的连接距离要短的多是300米或500米主要看激光的不同产生短波长激光的光源一般有两种一种是62.5的一种是50的
多模光纤通常在建筑物内或公司园区内具有成本效益而单模光纤则更适合长距离运行。
单模光纤可以传输更远的距离但是通常需要更昂贵的设备。
对于长度不超过几百米的安装多模式是经济有效的。 03 光纤常见接口类型
光纤连接器按连接头的结构形式可分为
FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT-R等类型常用的为FC、SC、ST和LC。
1、FC接口Ferrule Connector
最早应用于存储局域网络。外壳材质为金属接口处有螺纹和光模块连接时可以固定的很好。 图FC接口类型示例 2、ST接口(Stab Twisst)
材质为金属接口处为卡扣式常用于光纤配线架。 图ST接口类型示例 3、SC接口Square Connector
材质为塑料推拉式连接接口可以卡在光模块上常用于交换机。
“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。 图SC接口示例 4、LC接口Lucent Connector
材质为塑料用于连接SFP光模块接口可以卡在光模块上。
“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。在表示尾纤接头的标注中常能见到“FC/PC”“SC/PC”等。 图LC接口示例 06 光纤尾纤(the tail fiber)
又叫尾线、猪尾线一端是连接头另一端是光缆纤芯的断头。
主要用于连接光缆与光纤收发器之间还用到耦合器、跳线等。
一般出现在光纤终端盒内通过熔接方式与其他光缆纤芯相连可简化电缆系统的安装和维护工作。 01 尾纤的分类
同光纤跳线一样尾纤也分为单模尾纤和多模尾纤。它们两者在色彩、波长以及传输间隔方面有必定的差异。
一般来说多模尾纤为橙色作业波长为850nm传输间隔在500m左右单模尾纤色彩为黄色作业波长为1310m或1550m它可以传输的间隔较长为10—40km左右。
别的依据光纤芯数的不同尾纤又可以分为单芯尾纤、4芯尾纤、6芯尾纤、8芯尾纤、12芯尾纤、24芯尾纤等。 02 尾纤的作用
尾纤最首要的一个效果就是衔接。光纤和尾纤衔接把光缆中的裸纤和光纤尾纤熔合在一起变成一个全体而尾纤则有一个独自的光纤头经过与光纤收发器相连将光纤和双绞线衔接接到信息插座。
在光纤的熔接过程中常用到以下首要东西光端盒、光纤收发器、尾纤、耦合器、专用剥线钳、光纤切割刀等。传输体系常用的尾纤有SC/PC、FC/PC、LC/PC、E2000/APC、ST/PC等五种接口。 03 常用的尾纤类型
FC-SC类型也就是一般所的圆转方的尾纤。FC衔接ODF盒SC衔接设备的光口。这种光纤衔接器在前期的SBS和Optix设备中运用较多。FC-FC类型俗称圆转圆的尾纤。一般用做ODF架之间的跳纤。SC-SC类型俗称方转方尾纤一般用在设备之间光板的衔接。SC-LC类型LC接口俗称小方头尾纤归于卡接式接头。现在华为OSN系列设备中兴S系列设备包含前期朗讯的波分设备都是用的这种光纤衔接器。LC-LC类型一般用在波分设备之间的内部连纤中这个运用比较少。 07 MPO光线缆(Multi-fiberPushOn)
MPO连接器相较于其他连接器,最主要的特点是紧凑设计、跳线芯数多。
MPO连接器与SC连接器的尺寸相同,但可容纳12或24根光纤,因此,MPO可大大节省机柜布线空间。
目前MPO连接器有8芯、12芯、24芯、48芯、72芯、144芯数设计,其中比较常见的是12, 24芯MPO跳线。
40GMPO-MPO光纤跳线,一般采用12芯的MPO多模插芯; 100G MPO-MPO光纤跳线,则一般采用24芯的MPO插芯。
MPO属于多模光纤。
通过ISO 11801标准标识多模光缆可分为OM1光纤OM2光纤OM3光纤OM4光纤和新发布的OM5光纤。 01 OM , stand for optical multi-mode
OM即光模式是多模光纤表示光纤等级的标准。不同等级传输时的带宽和最大距离不同。
其中OM1支持最大值为1GB的以太网传输OM3和OM4通常用于在数据中心的布线环境支持10G/40G/100G高速以太网的传输。
OM5则在0M4的基础上拓宽带宽通道为100Gb/s和400Gb/s波长提供解决方案。 02 OM5光纤主要具有三大优势 极强的扩展性。
OM5光纤跳线可以将短波波分复用和并行传输技术结合在一起并且只需要8芯宽带多模光纤就能够支持200/400G以太网应用 有效降低建设运营成本。
OM5光纤跳线借鉴了单模光纤的波分复用技术延展了网络传输时的可用波长范围能够在1芯多模光纤上支持4个波长很大程度上降低了网络的布线成本 在兼容性和互操作性方面优势明显。
能够和OM3光纤跳线和OM4光纤跳线一样支持传统应用和传统的OM3和OM4光纤跳线能够完全兼容互操作性极强。在400G时代OM5多模光纤应用前景广阔即使在低速率设备向高速率设备升级迭代的过程中也能有不俗的表现。 03 OM光纤详细比较
下一部分将从核心尺寸带宽数据速率距离颜色和光源方面对这些光纤进行详细比较。 OM1电缆通常带有橙色护套芯线大小为62.5微米µm。它可以支持长达33米的10 Gb以太网。它最常用于100兆位以太网应用。
OM2 的建议外套颜色为橙色。其核心尺寸为50µm而不是62.5µm。它支持长度达82米的10 Gb以太网但更常用于1 Gb以太网应用。
OM1和OM2都可以与基于LED的设备一起使用该设备可以沿电缆发送数百种模式的光。
OM3的建议外套颜色为水蓝色。与OM2一样其核心尺寸为50µm但该电缆针对使用较少光模的基于激光的设备进行了优化。作为优化的结果它能够运行长达300米的10 Gb以太网。自从问世以来生产技术已经提高了OM3的整体功能使其能够与40米和100米以内的100 Gb以太网最长100米一起使用。10 Gb以太网是其最常见的用途。
OM4与OM3光纤完全向后兼容并共享相同的独特防水外套水蓝色。OM4是专门为VSCEL激光传输而开发的与OM3的300M相比其10 Gig / s的链路距离可达550m。利用MPO连接器它可以在150米内运行40 / 100GB。
OM4光纤常与40G-SR4-OSFP或者100GBASE-SR4-OSFP28等配合使用。
OM5光纤也称为WBMMF宽带多模光纤是最新的多模光纤向后兼容OM4。它具有与OM2OM3和OM4相同的核心大小。OM5纤维外套的颜色为**Lime Green水绿色。它被设计并指定为通过850-953 nm窗口支持至少四个WDM通道每个通道的最小速度为28Gbps。
OM5光纤在40G SWDM4网络中可以达440m距离在100G SWDM4网络中可传输150m。
如果数据中心使用的是不符合IEEE标准的100G-SWDM4收发器则证明OM5可以支持150米的距离仅比OM4多50米。
布线的成本将比OM4高出约50。 04 OM5的特点 1、更少光纤支持更高带宽的应用
OM5光纤跳线的工作波长是850/1300nm并且至少可以支持4个波长。
OM3和OM4的通常工作波长是850nm和1300nm。
也就是说传统的OM1、OM2、OM3、OM4多模光纤只有一条通道而OM5具有四个通道传输能力提高了四倍。
将短波波分复用(SWDM)和并行传输技术结合在一起OM5只需要8芯宽带多模光纤(WBMMF)就能够支持200/400G以太网应用大大减少了光纤芯数在很大程度上降低了网络的布线成本。 2、更远的传输距离
OM5光纤的传输距离比OM3、OM4的会更长。OM4光纤被设计用来支持至少100米的长度与100G-SWDM4收发器。
但OM5光纤可以支持高达150米的长度与相同的收发器。 3、光纤损耗更低
OM5 宽带多模光缆的衰减从以前OM3, OM4 光缆的3.5 dB/km 降低到3.0 dB/km另外增加了953nm 波长上的带宽要求。
OM5具有与OM3, OM4相同的光纤尺寸这意味着与OM3, OM4是完全兼容的如要在现有布线应用OM5是不需要更改的。
OM5光纤更具有扩展性和灵活性能够以较少的多模光纤芯数支持更高速的网络传输而成本和功耗都远低于单模光纤因此未来将会广泛应用于100G/400G/1T超大型的数据中心。
OM1和OM2多年来被广泛部署于建筑物内部的应用支持最大值为1GB的以太网路传输OM3和OM4光缆通常用于在数据中心的布线环境支持10G甚至是40/100G高速以太网路的传输。
OM5设计用于40Gb/s和100Gb/s传输可减少高速传输的光纤数量。 05 物理方面差异
物理差异主要在于直径护套颜色光源和带宽如下表所述。 06 实际差异
多模光纤能够以各种数据速率传输不同的距离范围。可以根据实际应用选择最合适的一种。
下面指定了不同数据速率下的最大多模光纤距离比较。 07 MPO和MTP区别
MPO (Multi-fiber Push on)多纤推入式是日本NTT通信公司设计的第一代弹片卡紧式的多芯光纤连接器现在是几家公司生产的一种多芯连接头的名称。
而MTP® (Multi-Fiber Pull Off) 多纤拉出式是由美国USConec 公司注册的品牌专门指其生产的MPO连接器独特的类型。
因此MTP®连接器与所有通用MPO连接器完全兼容并且可以直接与其他基于MPO的基础结构互连。但是与通用MPO连接器相比MTP®连接器是一项多工程产品增强功能可以提高机械和光学性能。
MTP®和MPO光纤电缆之间的主要区别在于它们的连接器。
作为改进版本配备MTP®连接器的MTP®电缆具有更好的机械设计和光学性能。 08 MTP的主要特征
1、MTP光纤连接器的外框套散件可方便移除。
MT插芯设计可在生产时的返工和重新研磨时能确保性能不受损失。阴阳性在组装后甚至在现场可灵活的改变插芯组装后可过干涉检测。
2、MTP光纤连接器浮动的插芯可提高机械对接时的传输性能。可允许两个连接器在外力的影响下使相互匹配的插芯能保持良好的物理接触
3、MTP光纤连接器的椭圆导针(PIN)采用的是不锈钢材质椭圆导针能提高对接的精度并且降低对导孔的磨损使得MTP光纤连接器更持久地保持高性能传输。
4、MTP光纤连接器内有一个金属针夹用以固定推环。具体特征
防止导针丢失;集中弹簧所产生的压力;防止弹簧在机械伸缩过程中触碰摩擦光纤导致光纤损坏。
5、MTP光纤连接器的弹簧设计最大限度的提高12芯和多芯带状应用的带状间隙从而防止光纤损坏。
6、MTP光纤连接器有至少四种标准的匹配散件可适配不同类型的光缆更具实用性其中包括
松套结构的圆型光缆;椭圆外被的带状光缆;带状裸纤;超短尾套连接器散件非常适合应用在狭小的空间里减少45%的体积。 08 AOC光线缆
AOC是Active Optical Cables的缩写中文叫有源光缆。
AOC光线缆是光模块和光纤一体化的有源光线缆使用方便简单。
AOC有源光缆是将2只光模块与光缆封装在一起由于中间的传输介质是光缆所以AOC的光模块里面是有激光器件的价格都对DAC较高
但是它的光口不外露具有极高的可靠性工作距离可以100米以内的远距离长度定制也是它的优势之一。
AOC有源光缆实际上就是带了光模块的光纤跳线。AOC一般长度比较短最多也就几百米最大的特点是光模块和光纤做成了一体不可分离。
这样的好处是整体的成本比较低因为将光纤固定在模块里面制作过程少用了一些光器件。
AOC有源光缆适合短距离的应用场景不适合长距离的传输场景这是显而易见的光缆不可能有那么长。
AOC有源光缆在IDC数据中心机房被大量使用。
AOC对环境要求较低没有光纤连接器的清洁问题成本优化不带DDM功能
缺点不能灵活配置距离出厂前需要提前确认传输距离。 01 AOC与DAC对比
高速线缆(Direct Attach Cable)简称DAC简单来说高速线缆DAC是在一根线缆的两端接上光模块广泛应用于存储区域网络、数据中心和高性能计算机连接在网络通信中正逐渐崛起。
详细来说高速线缆DAC是以镀银导体和发泡绝缘芯线为材料采用线对屏蔽及总屏蔽的方式从而构成了高速线缆。
DAC优点
互换性强随着铜技术的发展高速线缆与光纤收发器件可互换和热插拔。成本低铜缆比光纤便宜使用高速线缆会降低布线成本。散热性好高速线缆由铜芯制成散热效果好。
高速线缆的缺点是传输距离短、重量大、体积大、难以管理容易受到电磁干扰的影响例如会出现不良响应、退化等问题。
AOC有源光缆的缺点是成本偏高。 09 光纤和光缆的区别 图光纤光缆组成情况 光纤是一种传输光束的细而柔软的媒质。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。
所以光纤是光缆的核心部分光纤经过一些构件极其附属保护层的保护就构成了光缆。
光纤外层的保护结构可以防止周遭环境对光纤的伤害。光缆包括光纤、缓冲层及披覆。
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。
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。所以它们的区别就在于此。 01 海底光缆
海底光缆是实现国际信息互联和传输的有效途径。
国际光缆在国际通信中起到重要作用随着云计算、大数据、物联网等产业的快速发展全球数据交换和连接迫在眉睫。
全球IDC互联以及通信、网络互联的需求提振国际光缆需求。
而海底光缆由于具有高质量、高清晰度、大容量、安全性能好、性价比高等优点成为国际光缆的主要形式
根据TeleGeography目前全球95%以上的跨国数据传输通过海底光缆。
海底光缆是传输能力和经济性超越卫星通讯等技术手段也是当前最主要的跨洲通信技术。
海底电缆的核心是由高纯度光纤制作通过内反射来引导光沿着光纤的路径前进。
在海底光缆的制作中光纤首先会被嵌入在类似果冻的化合物中保护即使在与海水接触的情况下电缆也不会损坏。然后将光缆装入钢管中防止水的压力将其破坏。
接下来将其包裹在整体强度极高的钢丝之中并套在铜管之中最后套上聚乙烯材料的保护层。 图海底光缆示意图 10 光纤产业主要厂商
在全球光纤光缆榜单中10强企业由4个国家瓜分。
分别是来自美国康宁、意大利普睿司曼、日本 古河电工/OFS、住友电工、藤仓、中国长飞、亨通、烽火通信、富通、中天中国企业占据半壁江山。
长飞亨通光电及烽火通信三家企业占据了不小的市场份额。
长飞以12%的市场份额排名全球第二亨通光电以11%的市场份额居于第三。
而烽火通信富通和中天三家企业分别以7%8%8%的份额位居第五、第六和第九。康宁、古河/ofs、住友、普睿司曼和藤仓分别占比15%、10%、5%、6%和4%。 图2019年全球光纤光缆企业市场份额 01 国外主要厂商
康宁康宁公司在美国北卡罗来纳州威明顿市的光纤制造厂是世界上第一家光纤制造工厂也是目前最大的光纤制造厂商之一。
古河电工现公司总部位于日本东京是一家大型跨国公司。
普睿司曼总部位于意大利米兰市能源和通信电缆系统行业的世界领导者。
住友电工是日本最主要的电缆生产商与古河电气工业、藤仓三间公司合称为“电线御三家”。
藤仓经营范围是综合性线缆。 02 国内主要厂商
长飞光纤湖北武汉国内光棒产能第一研发实力强劲占国内光棒总产能30%以上也是唯一具备光纤预制棒外销能力的企业。
亨通光电江苏苏州光纤光模块双线布局紧抓海洋通信机遇。
中天科技江苏“云、管、端”多维布局自主开发G.654光纤技术。
烽火通信湖北武汉光通信与ICT业务齐头并进通鼎互联江。
通鼎互联江苏苏州在光纤光缆、光棒领域的一体化优势已基本形成拥有光纤预制棒、光纤、光缆、通信电缆、电力电缆等通信线缆产业的全产业链产品的生产能力。
富通光缆深圳主要生产和销售光纤、光缆、半成品并提供有关配套产品、部件和原材料的制造、加工等。 11 光纤主要故障原因
造成光纤故障的原因
光缆过长弯曲过度光缆受压或断裂
光纤受到不均匀应力的作用例如受到压力或者套塑光纤受到温度变化时光纤轴产生微小不规则弯曲甚至断裂其结果是传导模变换为辐射模而导致光能损耗。
光缆熔接不良核心直径不匹配填充物直径不匹配接头污染
光纤接头污染、尾纤受潮是造成光缆通讯故障的最主要的原因之一。
接头处抛光不良
接头接触不良主要发生在光路终结处例如光配线箱和光交换机。可能由于操作人员疏忽或者设备质量问题又或接头老化等导致光纤接头不紧密造成光信号的反射损耗和泄露衰减。 整理老杨丨10年资深网络工程师更多网工提升干货请关注公众号网络工程师俱乐部
