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    光纤、光缆的基本知识和常见问题

  • 学习中心    发布时间:2021-06-28
  • 光纤是光导纤维的缩写,是一种由玻璃或者是塑料制成的纤维,可以把光信号传输到几千公里外,将几百上千根光导纤维组合在一起,制成像电缆一样的光缆,所以光缆是由一定数量的光纤组成缆芯,外面包裹有护套和保护层,这样既提高了光导纤维的强度,又大大增加了通讯容量。


    光纤光缆应用极为广泛,应用场景大致有以下几类,

    A. 骨干传输网络(SDH/SONET),如各大城市之间、各大洋底的海底光缆等;

    B. 以太网(Ethernet),包括现在的光纤到户(FTTH)、到楼(FTTB)、到社区等,主要是我们家庭、办公网络;

    C. 数据网络(Fiber Channel),各种存储设备、数据库,包括正在发展的云计算服务系统;

    D. 有线电视传输(PIN接收);

    E. 其他特种用途传输,如战机、舰船。



    以下是关于光纤光缆的43个常见问题以及知识点:


    1、光纤的基本结构

    光纤裸纤一般分为三层,中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层。 光纤是光导纤维的简写,是一种由玻璃或塑料制成的纤维,可作为光传导工具,传输原理是“光的全反射”。


    2、光纤线路传输特性的基本参数是什么?

    包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。


    3、光纤衰减的主要因素有哪些?

    造成光纤衰减的主要因素有:本征、弯曲、挤压、杂志、不均匀和对接等

    本征:是光纤的固有损耗,包括:瑞利散射,固有吸收等。

    弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成损耗。

    挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

    杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。

    不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

    对接:光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。


    4、衰减系数是如何定义的?

    用稳态中一根均匀光纤单位长度上的衰减(dB/km)来定义


    5、什么是插入损耗?

    指在光传输线路中插入光学元件(如连接器或耦合器)引起的衰减。


    6、光纤的带宽与什么有关?

    光纤的带宽指的是:在光纤的传递函数中,光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调制频率。光纤的带宽近似与其长度成反比,带宽长度的乘积是一常量。


    7、光纤的色散是什么?

    在光纤中传输的光信号(脉冲)的不同频率成分或不同的模式分量以不同的速度传播,到达一定距离后必然产生信号失真(脉冲展宽)。光纤色散的产生基于两个方面的因素,一是进入光纤中的光信号不是单色光(光源发出的光不是单色或是调制信号具有一定的带宽);二是光纤对光信号的色散作用。


    8、如何描述光纤中信号传播的色散特性?

    可以用脉冲展宽、光纤带宽和光纤色散系数来描述。


    9、截止波长是什么?

    指的是单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。


    10、光纤的色散对光纤通信系统的性能有什么影响?

    光纤的色散将使光脉冲在光纤中的传输变宽。影响误码率、传输距离和系统速率。


    11、什么是反向散射?

    后向散射是测量沿光纤长度衰减的一种方法。光纤中的大部分光功率是正向传播的,但也有少数光功率向照明器背面散射。利用分光镜可以观察到背向散射的时间曲线。从一端开始,不仅可以测量均匀光纤的长度和衰减,还可以测量接头和连接器处的局部不规则性、断点和光功率损耗。


    12、OTDR的测试原理是什么?功能是什么?

    OTDR是根据光的后向散射和菲涅耳反射原理制作的。它利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获得衰减信息。它可以用来测量光纤的衰减、接头损耗、光纤失效点的位置,了解沿光纤长度的损耗分布。它是光缆施工、维护和监测中不可缺少的工具。其主要参数包括:动态范围、灵敏度、分辨率、测量时间和盲区。


    13、OTDR的盲区是什么?对测试有什么影响?在实际测试中如何处理盲区?

    通常,由OTDR接收机饱和引起的一系列盲点称为盲区。

    光纤中的盲区可分为事件盲区和衰减盲区:由有源连接器的干涉引起的反射峰起点到接收器饱和峰的距离称为事件盲区;从反射峰的起始点到光纤中有源连接器干涉引起的其它事件可以识别的点的距离称为衰减盲区

    对于OTDR,盲区越小越好。随着脉冲宽度的增加,盲区增大。虽然脉冲宽度的增加增加了测量长度,但也增加了测量盲区。因此,在测试光纤时,光纤对OTDR及其邻近事件点的测量应采用窄脉冲,而对光纤远端的测量应采用宽脉冲。


    14、OTDR能测量不同类型的光纤吗?

    如果用单模OTDR模块测量多模光纤,或者用多模OTDR模块测量芯径为62.5mm的单模光纤,光纤长度的测量结果不受影响,但光纤损耗等结果,光连接器损耗和回程损耗不正确。因此,在测量光纤时,有必要选择与被测光纤匹配的OTDR进行测量,以得到各项性能指标的正确结果。


    15、普通光学测试仪器中的“1310nm”或“1550nm”是什么意思?

    它是指光信号的波长。光纤通信的波长范围在近红外区域,波长在800nm到1700nm之间。它通常分为短波段和长波段,前者指850nm波长,后者指1310nm和1550nm波长。


    16、在目前的商用光纤中,哪种波长的光具有最小的色散?什么波长的光损耗最小?

    1310nm波长的光色散最小,1550nm波长的光损耗最小。


    17、根据纤芯折射率的变化,如何对光纤进行分类?

    分为阶梯纤维和梯度纤维。阶梯光纤带宽窄,适用于小容量的短距离通信;渐变光纤带宽宽,适用于大、中容量通信。


    18、如何根据光纤中光波传输的不同模式对光纤进行分类?

    分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径约为1-10μM,在给定的波长下,只传输一个基波模式,适用于大容量的远程通信系统。多模光纤可以传输多模光波,其芯径约为50-60μM,传输性能比单模光纤差。在传输多路保护的电流差动保护时,变电站通信室的光电转换装置与主控室的保护装置之间采用多模光纤。


    19、阶跃折射率光纤数值孔径(NA)的意义是什么?

    数值孔径(NA)表示光纤的集光能力。NA越大,光纤的集光能力越强。


    20、单模光纤的双折射率是多少?

    单模光纤中有两种正交偏振模式。当光纤不是完全柱对称时,两个正交偏振模不退化。两个正交偏振模之差的绝对值是双折射。


    21、最常见的光缆结构是什么?

    有层绞式光缆、束管式光缆、骨架式光缆和带状式光缆。


    22、光缆的主要成分是什么?

    主要由纤维芯、纤维糊、护套材料、聚对苯二甲酸丁二醇酯等材料组成。


    23、光缆的铠装是什么?

    是指在特殊用途的光缆中(如海底光缆等)所使用的保护元件(通常为钢丝或钢带),铠装都附在光缆的内护套上。


    24、光缆护套用什么材料?

    光缆护套通常由聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)材料制成,其作用是保护光缆芯免受外界影响。


    25、列出电力系统中使用的特殊光缆。

    与电力线平行的架空光缆泛指为电力架空光缆,按所用材料可分为金属光缆和介质光缆两大类,按敷设形式可分为(电力线)复用型、(杆塔)添加型和(电力线)附加型三大类。它们分别是光纤复合地线(OPGW)、光纤复合相线(OPPC)、金属自承光缆(MASS)、全介质自承光缆(ADSS)、捆绑光缆(ADL)和缠绕光缆(GWWOP)等主要六种。


    26、OPGW光缆的应用结构是什么?

    主要包括,a. 塑料管层绞+铝管结构;b. 中心塑料管+铝管结构;c. 铝骨架结构;d. 螺旋铝管结构;e. 单层不锈钢管结构(中心不锈钢管结构,不锈钢管层绞结构);f. 复合不锈钢管结构(中心不锈钢管结构、不锈钢管层扭转结构)。


    27、OPGW电缆芯外绞合线的主要成分是什么?

    由AA线(铝合金线)和as线(铝包钢线)组成。


    28、选择OPGW光缆型号的技术条件是什么?

    a. OPGW光缆的标称抗拉强度(RTs)(KN)

    b. OPGW光缆的纤芯数(SM)

    c. 短路电流(KA)

    d. 短路时间(s)

    e. 温度范围(℃)


    29、光缆弯曲度如何限制?

    光缆弯曲半径不小于光缆外径的20倍,施工过程中不小于光缆外径的30倍(非静态)。


    30、ADSS光缆工程中应注意什么?

    光缆的机械设计、吊点的确定、配套硬件的选择和安装是三项关键技术。


    31、主要的光缆配件是什么?

    光缆五金指用于安装光缆的五金件,主要包括:耐张线夹、悬垂线夹、减振器等。


    32、光纤连接器有两个基本性能参数。它们是什么?

    光纤连接器俗称柔性接头。针对单光纤连接器的光学性能要求,重点研究了插入损耗和返回损耗两个最基本的性能参数。


    33、常见的光纤连接器有哪些?

    根据不同的分类方法,光纤连接器可以分为不同的类型。根据传输介质的不同,可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器。根据结构的不同,可分为FC、SC、ST、D4、DIN、biconic、mu、LC、MT等类型。根据连接器的引脚端面,可分为FC、PC(UPC)和APC。常用光纤连接器:FC/PC型光纤连接器、SC型光纤连接器、LC型光纤连接器。


    34、光纤连接器的插入损耗(或插入损耗)是多少?

    是指由于连接器的介入而引起的传输线有效功率的降低量。对用户来说,价值越小越好。根据ITU-T,该值不得大于0.5dB


    35、光纤连接器的回波损耗(或反射衰减、回波损耗、回波损耗)是多少?

    它是测量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率组件。其典型值不应小于25dB。


    36、LED和半导体激光器发出的光之间最显著的区别是什么?

    LED产生的光是宽光谱的非相干光,激光产生的光是窄光谱的相干光。


    37、LED和LD的工作特性最明显的区别是什么?

    LED没有阈值,LD有阈值。只有当注入电流超过阈值时才会产生激光。


    38、两种常用的单纵模半导体激光器是什么?

    DFB激光器和DBR激光器都是分布反馈激光器。它们的光反馈由光腔中的分布反馈布拉格光栅提供。


    39、光纤通信系统中产生噪声的原因是什么?

    有消光比不合格引起的噪声、光强随机变化引起的噪声、时间抖动引起的噪声、接收端的点噪声和热噪声、光纤的模噪声、色散引起的脉冲展宽引起的噪声、LD的模分布噪声,半导体激光器频率啁啾产生的噪声和反射产生的噪声。


    40、在传输网络的建设中,主要使用什么光纤?它的主要特点是什么?

    主要有三种类型,即G.652常规单模光纤G.653色散位移单模光纤和G.655非零色散位移光纤。

    G.652单模光纤在C波段1530-1565nm和L波段1565-1625nm的色散比较大,一般为17-22psnm·km,系统速度达到2.5Gbit/s以上,需要色散补偿。在10Gbit/s时,色散补偿的成本很大。它是传输网络中最常见的光纤。

    G.653色散位移光纤在C波段和L波段的色散一般为-1~3.5psnnm•km,1550nm处为零色散,系统速度分别达到20gbit/s和40Gbit/s,是单波长超长距离传输的最佳光纤。但由于DWDM具有零色散特性,在扩容时会产生非线性效应,导致信号串扰和四波混频FWM,因此不适用于DWDM。

    G.655非零色散位移光纤:G.655非零色散位移光纤在C波段的色散为1-6psnm·km,在L波段的色散为6-10psnm·km。色散很小,避免了零色散区。它不仅可以抑制FWM,还可以用于DWDM扩容和高速系统。新型G.655光纤的有效面积可以扩展到普通光纤的有效面积1.5倍大的有效面积可以降低光纤的功率密度和非线性效应。


    41、什么是光纤非线性?

    当输入光功率超过一定值时,光纤的折射率将与光功率呈非线性关系,并产生拉曼散射和布里渊散射,使入射光的频率发生变化。


    42、光纤非线性对传输有什么影响?

    非线性效应会引起一些额外的损耗和干扰,使系统性能恶化。WDM系统光功率大,沿光纤传输距离远,产生非线性失真。有两种非线性失真:受激散射和非线性折射。受激散射包括拉曼散射和布里渊散射。这两种散射降低了入射光的能量,造成损耗。当输入功率很小时,可以忽略不计。


    43、什么是无源光网络?

    无源光网络(Passive Optical Network, PON),是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN),没有任何有源电子设备,是一种点对多点的光纤传输和接入技术,下行采用广播方式、上行采用时分多址方式,可以灵活地组成树形、星型、总线型等拓扑结构,在光分支点只需要安装一个简单的光分支器即可,因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、建网速度快、综合建网成本低等优点。无源光网络包括ATM-PON和Ethernet-PON两种。


    关键词:光纤,光纤光缆,光缆


    —  END  —



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