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  光纖與光纜
  作者 : 世迪光電科技有限公司     日期 : 09-04-09 00:02     點擊 : 17312     !-->
光纖特性
    光纖是一種傳輸用的媒介,它可以像一般用的銅纜、電纜、雙絞線,傳送音頻、警報、電腦數據等資料,與一般傳輸不同的是,光纖所傳送的訊號是”光訊號”而不是電訊號,因此,光纖具有非常多獨特的優點,如:頻寬大、通訊量大,低損耗、屏蔽電磁輻射、重量輕、安全性高、隱密性高等等的優點。
 
光纖的優點
I:光纖的通訊頻道很寬,理論值可達30億兆赫。
II:無中繼時通訊長度可達百公里以上,而銅纜、電纜、雙絞線僅能達到幾百公尺。
III:因本身材質關係,不會受到電磁場及電磁輻射的影響。
IV:光纖通訊本身不帶電,因此使用上更加安全,可以用於易燃、易爆之場所。
V:使用環境溫度範圍廣依外包覆不同承受溫度有所不同,一般約為-30℃~70
VI:不受化學物質腐蝕,使用壽命長。
VII:重量輕、體積小。
 
光纖芯數判別
光纖的色碼:使用國際標準的全色譜來標示,並要求在高溫環境下不退色、不剝落。
芯數
顏色排列(1~12芯)
國際標準
12芯
1藍、2黃、3綠、4紅、5紫、6白、7棕、8黑、9淺藍、10橙、11粉紅、12灰
TIA/EIA589A

光纖與光纜
        光纖是一種將訊號從A端傳送到B端的傳輸媒介,材質是高純度玻璃或是塑膠纖維,作為讓光訊號通過的傳輸媒介。
       「光纖」與「光纜」這兩個名詞經常被混淆,光纖在使用前必須經過幾層的保護結構包覆,而包覆後的纜線即稱之為「光纜」,光纖外層的保護結構可以防止週遭環境對於光纖纜線的傷害,例如:水、火、電擊等,光纜的總成大致為:光纖(中心)、緩衝層(膏狀)及被覆(最外層)。
 
光纜的組成
        光纜中心主要是由光導纖維(以二氧化矽抽絲而成的玻璃絲)和塑料保護套管及塑料外皮組成,光纜內基本上只含微量的金屬,所以大多無回收價值。
        光纜是將光纖集結成束後加上防水、被覆以及支撐介質,已達到維持原有光纖的傳輸特性,使其纜線利於施工,更可達到保護光纖的功能。
        一般光纖纜線的組成結構可大致分為:1.光纖,2.緩衝層,3.纜心,4.抗張力體、5.被覆、6防水層等部份。而依照纜線組成構造不同,可大致略分為(1)鬆帶型光纜、(2)溝槽型光纜、(3)溝槽型帶狀光纜、(4)帶狀光纖光纜、(5)光、電混合光纜、(6)室內光纜、(7)通訊光纜等七大類。
        目前在國內真正可自製光纖的光纖廠屈指可數,多半的國內光纖生產商都是由國外買進光纖後,在國內工廠自行封管加工製成光纜。
 
光纖結構
光纖裸纖的構成主要分為三層:
中心:高折射率玻璃芯(芯徑一般為單模9μm,多模 50或62.5μm) 。
夾層:低折射率硅玻璃包層(直徑為125μm) 。
外層:加強用樹脂塗層(直徑為250μm)。
 
光纖的種類
一、一般依光波長在光纖中的傳輸模式可分為:單模態光纖和多模態光纖。
多模態光纖:中心玻璃芯(纖核)較粗(50或62.5μm),外層纖殼為125μm可傳輸多種模代的光波長。但其模間色散較大,因而限制了傳輸信號的頻率,而隨著距離的增加會更加嚴重。例如:600MB/KM的光纖再2KM時則只有300MB的頻寬了。因此,多模光纖傳輸的距離就比較近,一般只有幾公里的距離。

單模態光纖:中心玻璃芯較細(纖核一般為9或10μm),只能傳一種模式的光。因此,其模間色散很小,適用於遠距離通訊,但其色度色散起了主要作用,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。
 
二、按最佳傳輸頻率窗口分: 常規型單模光纖和色散位移型單模光纖。
常規型:光纖生產廠將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上,如1300μm。
色散位移型:光纖生產廠將 光纖傳輸頻率最佳兩個波長的光上,如1300μm和1550μm。
 
三、按折射率分佈情況分:突變型和漸變型光纖。
 
常用光纖規格
單模態光纖:8/125μm、9/125μm 、10/125μm,多模態光纖:50/125,歐洲標準62.5/125μm,美國標準工業、醫療和低速網路:100/140μm、200/230μm,塑料光纖:98/1000μm,用於汽車控制。
 
光纜的連接
光纜的連接方法主要有:永久性連接、應急連接、活動連接。
1.永久性光纖連接(熱熔)
此種連接方法是使用高壓放電的方法將兩根欲連接的光纖將其斷點融化並連接在一起,一般常用在長途接續、永久、半永久固定連接。主要特點是連接點的衰減在所有的連接方法中最低,典型衰減值為0.01~0.03db/點。使用此方法連接時,需使用專用設備(熔接機)和專業人員進行操作,且連接點也必須使用專用容器保護連接點。

2.應急連接(冷熔)
此種連接方法主要是用機械和化學的方法,將兩根光纖固定並黏接在一起,這種方法的主要特點是連接速度迅速可靠,典型衰減值為0.1~0.3db/點,但其連接點長期使用時不穩定,衰減值也會隨著時間增長而大幅度增加,所以只能在短時間內應急用。

3.活動連接
活動連接是使用各種光纖連接器材(插頭和插座),將站點與站點、站點與光纜連接起來的一種方法,此種方法快速、簡單、方便、可靠,大多用在建築物內的電腦網路佈線中,典型衰減值為1db/接頭。
 
光纜基本應用
一、光纜的用途
光纜的應用依照用途可區分為3種:專業用途、室內及室外用途。
專業用途:海底光纜、高壓電塔上之架空光纜、核能電廠之抗輻射光纜、化工業之抗腐蝕光纜等。
室內及室外:光纜的分類差異,依各型光纜製造設計時的特質,其所適用的範圍各有不同。

二、光纜的種類
1.依照鋪設方式區分:自承重架空光纜、管道型光纜、鎧裝式直埋光纜、海底光纜。
2.依照光纜結構區分:束管式光纜、層絞式光纜、緊抱式光纜、帶式光纜、全介質光纜、可分支光纜。
3.依照用途區分:長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜、室內用光纜。

三、光纜的選用
光纜的選用除了根據光纖芯數和光纖種類外,還要根據光纜的使用環境來選擇光纜的外層護套。
1.室外用光纜直埋時,適合選用鎧裝式直埋光纜,如光纜需架空使用時,可選用帶兩根或多根抗拉金屬型光纜。
2.室內用光纜在選用時需注意光纜阻燃、毒和煙的特性,一般在管道中或強制通風處適合選用阻燃、無毒但有煙的類型,曝露的環境中適合選用阻燃、無毒和無煙的類型。
3.樓層內垂直佈纜時,適合選用層絞式光纜;水平佈纜時,適合選用可分支光纜。
4.傳輸距離在2公里以內時,可選用多模態光纜,超過2公里可選擇使用中繼或選用多模態光纜。

四、光纜與光電設備基本使用架構
前端設備將電子訊號送至光發射器後,由光發射器將訊號編碼後成為光訊號,光訊號在經由光纜傳送至光接收器後,在將其光訊號還原成原先的電子訊號,再送出制後端設備輸出,,請參考下列示意:

        前端設備 → 光發射器 → 光纜 → 光接收器 → 後端設備 → 輸出設備

光纖通訊的優點
一、長距離通訊,減低失真與傳輸成本:
1.例如1310μm光波長用於傳輸時,每公里訊號損失約0.4~0.5db/km;而1550μm光波長每公里訊號損失約0.2~0.25db/km的低傳輸損失。
2.與傳統的銅纜傳輸系統比較,光纖通訊使傳輸的中繼距離增長至數十公哩,並可大幅度地減少中繼器之數量降低通訊系統的器材與維護成本。
3.舉例來說:若從高雄市至屏東市,距離僅18公里;若採用光纖連接,則屏東地區則無須設置大型機房。由於光纖傳輸損失低,增長中繼區間的傳輸,減少了系統成本及複雜性,更適用於長途傳輸。

二、光纖質細、輕且附可繞性,容易集結成束,故光纖集結成光纜埋設時,可大大的節省管道空間。有效地提高管道使用率,配置空間的經濟性高,相當適用於飛行器、衛星及船艦上。光纖具有極大的通訊頻寬。一般普通銅軸電纜的頻寬約1GHz左右,相較之下,光纖有著極高的載波容量。

三、光纖材質大多皆為二氧化矽(石英玻璃),其具有抗腐蝕、耐高溫、防水佳及壽命長的特性,再加上光纖有著極佳的可朔性及應變性,而最外層有著良好的保護被覆,使得光纖傳輸可節省經營成本。由於光纖介質為二氧化矽,故為良好絕緣體,並不會受到電磁波等干擾,適用於容易雷擊或高電磁場區,可大大提高通訊的傳真度。

四、通訊的保密性高:光訊號不會從光纖中洩露出去,相當地是用於軍事、銀行間的連線及電腦網路等注重保密性區域。
 
光纖傳輸的頻寬與速度遠優於銅質電纜
        在過去的電信架構中,由於單一語音傳輸管到只需要64Kbps的頻寬即可,所以過去在各地區訊號交換間中的幹線大多只需使用可容納較高傳輸料的銅纜作為傳輸的媒介,例如DS3(或稱T3,44.736Mbps)以及E3(34.368Mbps)等,但是隨著時代的進步,電信傳輸量日益增長,過去銅纜的頻寬已不敷使用,因此擁有較高傳輸容量的光纜也就開始運用在主幹線上,已經開始取代舊有的銅質電纜;在傳統的光纖系統中,光纖的傳輸速度都是銅纜的數倍以上,例如:同步光纖網路系統/同步數位階層(SONET/SDH)中,以銅纜E3(34.368Mbps)、光纖OC-1(52Mbps)、OC-192(10Gbps)三種作為比較的話,OC-1的傳輸速率是E3的1.5倍,OC-192的傳輸速率是E3的298倍。

光纖故障檢測
        光纖檢測主要是確保系統連接的品質,減少故障因素及故障時找出光纖的故障點。檢測方法主要分為兩種:人工簡易測量、精密儀器測量。
 
人工簡易測量:這種方法一般用於快速檢測光纖是否斷點及施工時用來分辨正在施工的光纖。這種方法是用一個簡易光源從光纖的一端發射可見光,再從另一端觀察哪一芯光纖看見光源,這種方法雖然簡便,但僅能測量光纖是否斷點,無法測量出光纖的衰減及斷點距離。
 
精密儀器測量:使用光功率計或光時域反射圖示儀(OTDR)對光纖進行測量,可檢測出光纖的衰減和接頭的衰減,甚至可測出光纖的斷點位置,這種測量可用來分析光纖網路出現故障的原因和對光纖網路產品進行評價。

光纖通訊系統的類別
類別
說明
光纖
可分為3層:核心層(core)、包覆層(clad)、保護層(光纜)。
依材質可粗分為:玻璃光纖(SiO2)與塑膠光纖(PC、PS、mCOC、PMMA、Sol-Gel)。
光纜
包括單模光纜(48%)、多模光纜(9%)、海底光纜(43%)。
依材質可粗分為:室內(PE)、室外(PVC)。
光主動元件
涉及光電之間能量的轉換,包括:光發射器、光接收器、光收發器、光放大器、面射型雷射(VCSEL)、光開關、可調式雷射、L Band放大器。
光被動元件
光連接器(比重最大)、光耦合器、光衰減器、光訊號調變器、光偏振器、光隔絕器、濾波器、光源分歧器、光波分歧器。
其它
DWDM系統,光通訊材料,光纖區域網路設備,電信光傳輸設備,有線電視光傳輸設備,光纖通訊量測設備。


 
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