1.1 普通電纜與光纖傳輸方式比較

普通電纜由于線材本身特性的問題，使得傳輸距離受到限制，在充斥著電磁波的使用環境中，電磁波的干擾更使普通電纜傳輸的效率降低，若安裝地點位于多雷區，兩端設備還會因雷擊遭到破壞。

1.2 光纖傳輸的特點

1.2.1 傳輸損耗低

損耗是傳輸介質的重要特性，它只決定了傳輸信號所需中繼的距離。光纖作為光信號的傳輸介質具有低損耗的特點。如使用62.5/125μm的多模光纖，850nm波長的衰減約為3.0dB/km、1300nm波長更低，約為1.0ddB/km。如果使用9/25μm單模光纖，1300nm波長的衰減僅為0.4dB/km、1550nm波長衰減為0.3dB/km，所以一般的激光光源可傳輸15至20km。目前已經出現傳輸100公里的產品。

1.2.2 傳輸頻帶寬

光纖的頻寬可達1GHz以上。一般圖像的帶寬為6MHz左右，所以用一芯光纖傳輸一個通道的圖像綽綽有余。光纖高頻寬的好處不僅僅可以同時傳輸多通道圖像，還可以傳輸語音、控制信號或節點信號，有的甚至可以用一芯光纖通過特殊的光纖被動元件達到雙向傳輸功能。

1.2.3 抗干擾性強

光纖傳輸中的載波是光波，它是頻率極高的電磁波，遠遠高于一般電波通訊所使用的頻率，所以不受干擾，尤其是強電干擾。同時由于光波受束于光纖之內，因此無輻射、對環境無污染，傳送信號無泄露，保密性強。

1.2.4 安全性能高

光纖采用的玻璃材質，不導電，防雷擊；光纖傳輸不像傳統電路因短路或接觸不良而產生火花，因此在易燃易爆場合下特別適用。光纖無法像電纜一樣進行竊聽，一旦光纜遭到破壞馬上就會發現，因此安全性更強。

1.2.5 重量輕，機械性能好

光纖細小如絲，重量相當輕，即使是多芯光纜，重量也不會因為芯數增加而成倍增長，而電纜的重量一般都與外徑成正比。

1.3 光纖結構

典型光纖結構包括五部分：

· 纖芯

· 覆層

· 緩沖層

· 加強材料

· 外套

1. 纖芯是光纖中心供光傳輸的部分，所有光信號都通過纖芯傳送

2. 圍繞纖芯的部分是覆層，穿過光纖纖芯的光線在纖芯與覆層的交界處反射回纖芯，從而保證光線延纖芯傳播。

3. 圍繞覆層的是緩沖層，通常是塑料，用來保護纖芯和覆層不受破壞。

4. 圍繞緩沖層的是加強材料，保護光纜在安裝時不被拉壞。所用的材料通常是Kevlar, 與防彈背心的材料相同。

5. 最后一部分是線纜外面的外套，用來保護光纖不被磨損、溶解、或受到其它損害。外套根據線纜的用途而有所差別。

不同廠家，不同類型的光纖構成有所不同。下圖是西門子玻璃光纖的構成示意圖：

1.4光纖分類

1.4.1 按照光傳輸路徑分類

按照光傳輸路徑的不同類型，光纖分為多模光纖及單模光纖。

1. 多模光纖

相對于單模光纖來說，多模光纖允許在同一個纖芯里面同時傳送多種模式（路徑）的光。根據入射角度的不同，各種模式的光在光纖中實際經過的距離可能不同。入射角的問題會使得不同模式的光到達目的地（線纜接收端）的時間略有差異—這種現象稱為模式色散。

由于從光纖中心通過的光線相比在光纖內不斷反射傳遞的光線，所經過的路線更短，所有光線無法同時到達光纖末端。光纖接收端的接收器會收到一個很長很模糊的脈沖。為此，多模光纖采用一種特殊的玻璃，稱為漸變折射率玻璃，其朝纖芯外緣方向的折射率更小。這種玻璃使得光在通過纖芯中心時速度放慢，通過纖芯中心以外的區域時速度加快，這就保證了所有模式的光能幾乎同時到達終點。這樣，光纖接收端的接收器會收到一個強閃的光。

多模光纖的纖芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB*KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。

2. 單模光纖

單模光纖只允許在同一個纖芯里面同時傳送單一模式（路徑）的光。由于單模光纖纖芯直徑只有8-10μm，幾乎沒有空間供光線進行來回反射。而且，單模光纖還是用非常匯聚的紅外激光作為光源。激光光源所產生的光線以90度進入纖芯。因此，單模光纖中，承載數據的光線脈沖基本上是沿直線在纖芯中傳輸。這樣大大提高了數據傳送的速度和距離。

單模光纖中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但還存在著材料色散和波導色散，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。后來又發現在1.31μm波長處，單模光纖的材料色散和波導色散一為正、一為負，大小也正好相等。這就是說在1.31μm波長處，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來看，1.31μm處正好是光纖的一個低損耗窗口。這樣，1.31μm波長區就成了光纖通信的一個很理想的工作窗口，也是現在實用光纖通信系統的主要工作波段。1.31μm常規單模光纖的主要參數是由國際電信聯盟ITU－T在G652建議中確定的，因此這種光纖又稱G652光纖。

1.4.2 光纖根據材質不同分類

光纖根據材質不同分類，又分為POF（塑料）光纖， PCF光纖 ，玻璃光纖等。POF（塑料）光纖， PCF光纖對于工藝要求較低，現場施工難度小。玻璃光纖特別是單模玻璃光纖對于工藝要求非常高，現場施工難度大。

1.5 對于多模玻璃光纖，應當優先選擇50／125μm光纖

在局域網發展的初期，光功率器件昂貴，網絡速度不高。而62.5μm芯徑多模光纖比50μm芯徑多模光纖芯徑大、數值孔徑高，能從LED光源耦合入更多的光功率，因此62.5／125μm多模光纖首先被美國采用為多家行業標準。自1997年開始，局域網向1Gb／s發展，以LED作光源的62.5／125μm多模光纖幾百兆的帶寬顯然不能滿足要求。與62.5／125μm相比，50／125μm光纖數值孔徑和芯徑較小，帶寬比62.5／125μm光纖高，制作成本也可降低1／3。另一個原因是以前人們看中62.5μm芯徑多模光纖的優點，隨技術的進步已變得無關緊要。在八十年代初中期，LED光源的輸出功率低，發散角大，連接器損耗大，使用芯徑和數值孔徑大的光纖以使盡多光功率注入是必須考慮的。而當時似乎沒人想到局域網速率可能會超過100Mbit／s，即多模光纖的帶寬性能并不突出?，F在由于LED輸出功率和發散角的改進、連接器性能的提高，尤其是使用了VCSEL，光功率注入已不成問題。芯徑和數值孔徑已不再像以前那么重要，而10Gbit／s的傳輸速率成了主要矛盾，可以提供更高帶寬的50μm芯徑多模光纖則倍受青睞

關鍵點：

1. 50／125μm光纖的 modal bandwidth 在1300 nm時， ≥ 1200 MHz *km

2. 成本低

3. 光器件成本下降

4. 新安裝光纖網絡推薦

1.6 分貝概念

分貝（decibel）dB 分貝是以美國發明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾命名的，他因發明電話而聞名于世。因為貝爾的單位太粗略而不能充分用來描述我們對聲音的感覺，因此前面加了“分”字，代表十分之一。一貝爾等于十分貝。分貝的定義是聲源功率與基準聲功率比值的對數乘以10的數值

在電信技術中一般都是選擇某一特定的功率為基準，取另一個信號相對于這一基準的比值的對數來表示信號功率傳輸變化情況，經常是取以10為底的常用對數和以ｅ=2.718為底的自然對數來表示。其所取的相應單位分別為貝爾（B）和奈培（Np）。貝爾（B）和奈培（Np）都是沒有量綱的對數計量單位。分貝（dB）的英文為decibel，它的詞冠來源于拉丁文decimus，意思是十分之一，decibel就是十分之一貝爾。分貝一詞于1924年首先被應用到電話工程中。

我們知道，測量海拔高低的基準點是位于青島的黃海水準點，測量溫度高低的基準點是純水在一個大氣壓時的結冰點，測量電信號（功率、電壓、電流）的基準點就是本文前面提到的人為選擇的特定基準，這個基準我們暫且把它叫做“零電平”。這個特定的功率基準就是取一毫瓦（mW）功率作為基準值，這里要特別強調的是：這一毫瓦基準值是在600歐姆（Ω）的電阻上耗散一毫瓦功率，此時電阻上的電壓有效值為0.775伏(V)，所流過的電流為1.291毫安（mA）。取作基準值的1mW，0.707V，1.291mA分別稱為零電平功率，零電平電壓和零電平電流。（我們國家不采用電流電平測量基準）。

利用功率關系所確定的電平可以稱為功率電平（需要計量的功率值和功率為一毫瓦的零電平功率比較），用數學表達式描述就是：
Ｐm=10 lg(Ｐ/1)dBm
其中：Ｐm代表功率電平。Ｐ代表需要計量的絕對功率值，單位為毫瓦，零電平功率為一毫瓦。dBm表示以一毫瓦為基準的功率電平的分貝值。不同的絕對功率值所對應的以一毫瓦為基準的功率電平值如下：絕對功率用dBm表示

1.7 衰減及模式帶寬

對于任意一種光纖，衰減及模式帶寬都是兩個非常重要的參數。

衰減： 當光纖中傳輸某種模式的光信號時，其信號強度在不同介質中與傳輸距離之間的關系。

模式帶寬：當光纖中傳輸某種模式的光信號時，此信號的可以提供的通信帶寬。不嚴格地說：假設某光纖在傳輸850 nm的光信號時，其模式帶寬為600 MHz *km，當距離為1km 時，其可以提供600 MHz 的帶寬，而當傳輸距離為2 km 時，其提供的帶寬則變為300 MHz。

上表中是某兩種不同型號的光纖特性的對比，從表中可看出：

當多模光纖與單模光纖同樣使用1300nm波長的激光進行信號傳輸時，假設多模光纖傳輸距離變為5km, 此時的帶寬僅為100 MHz, 已經難以使用。因此：對于多模光纖，通信距離的限制主要為模式帶寬

當多模光纖與單模光纖同樣使用1300nm波長的激光進行信號傳輸時，假設單模光纖傳輸距離變為5km, 此時的帶寬仍為1000 MHz, 其模式帶寬足夠使用。因此：對于單模光纖 ，通信距離的限制主要為衰減

注意：對于光纖的使用者，一般都希望得到小衰減，高模式帶寬的光纖

1.8 西門子光纖收發設備重要參數

上表中包含了光纖收發設備的重要參數，解釋如下：

1. 可用光纖類型：此設備可以使用的光纖類型，不同設備支持的光纖類型不同，選型時務必注意。

2. 發送功率：此參數越大，說明發送功率越大。

3. 接收靈敏度：此參數越小，說明設備越靈敏。

4. 允許衰減：此參數受發送功率，接收靈敏度，系統保留衰減有關。

5. 傳輸距離：此參數由光纖衰減系數，及設備允許衰減計算而來。

2： 西門子光纖分類

西門子多模光纖根據材質不同，又分為POF光纖， PCF光纖 ，玻璃光纖。

2.1 西門子POF（塑料）光纖

2.1.1 POF（塑料）光纖簡介

POF光纖 (Polymer Optical Fiber，聚合物光纖) ，由于其纖芯為聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) ，典型覆層為氟化合物，所以俗稱塑料光纖。PMMA光學特性好, 而且由于具有質輕, 耐沖擊和容易成型加工等塑料性能的優點, 因而可替代無機玻璃, 在光學領域獲廣泛應用。與玻璃光纖相比，塑料光纖易受高溫，化學物質和溶劑的影響

2.1.2 主要用途

用于短距離現場通信，減少現場EMC問題，適合現場裝配，多用于西門子帶集成光纖接口的設備及簡單光電轉換模塊。

2.1.3 接頭制作

由于塑料光纖纖芯直徑較粗，對于現場裝配的要求較低，因此一般人員經過簡單培訓后即可進行現場接頭裝配。用戶可以參考附表中的介紹訂購相應的工具及接頭。

2.2 西門子PCF光纖

2.2.1 PCF光纖簡介

PCF光纖 (Polymer Cladding Fiber，塑料包層光纖), 其纖芯為石英玻璃（二氧化硅），典型覆層為特殊化合物。所以俗稱塑料光纖。PMMA光學特性好, 而且由于具有質輕, 耐沖擊和容易成型加工等塑料性能的優點, 因而可替代無機玻璃, 在光學領域獲廣泛應用。

2.2.2 主要用途

用于短距離現場通信，減少現場EMC問題，適合現場裝配，多用于西門子帶集成光纖接口的設備及簡單光電轉換模塊。

2.2.3 接頭制作

由于PCF光纖纖芯(二氧化硅材質) 直徑比塑料光纖要細，對于現場裝配的要求稍微高一些，一般人員雖然經過簡單培訓后即可進行現場接頭裝配，但是其工藝水平的高低對光通信質量的好壞影響較大。用戶可以參考附表中的介紹訂購相應的工具及接頭。

2.3 西門子玻璃光纖

2.3.1 玻璃光纖簡介

玻璃光纖由一束非常細的玻璃纖維絲組成，光纜外部有一層護套保護。光纜的端部有各種尺寸和外形，并且澆注了堅固的透明樹脂。檢測面經過光學打磨，非常平滑。這道精心的打磨工藝能顯著提高光纖束之間的光耦合效率。

2.3.2 主要用途

用于長距離現場通信，減少現場EMC問題，不適合現場裝配，多用于西門子長距離光電轉換模塊及交換機。

2.4 影響玻璃光纖通信質量的安裝因素：

在光纖合格的情況下，以下因素會影響光纖通信質量：

玻璃光纖的熔接處同軸度

玻璃光纖的熔接處芯徑不匹配

玻璃光纖的熔接處質量

接頭端面的平整度

光纖的彎曲及變形

接頭處的清潔度對光信號的損耗

接頭與通信模塊連接處的裝配精度

備注：其中的4-7項是對所有不同類型光纖進行通信質量評估時，都需要考慮的因素

審核編輯：湯梓紅