布線技巧六：光纖電纜

由于光纖是一個(gè)非導(dǎo)電體，因此它可以用于必須電隔離的地方。比如，建筑之間需要交叉扎線以減少地電勢(shì)的差異的銅電纜。同時(shí)，纖維對(duì)于危險(xiǎn)環(huán)境不構(gòu)成任何威脅，比如只要有火花便可能引起爆炸的化工廠。最后很重要的一點(diǎn)是安全問題;要想竊入光纖讀取數(shù)字信號(hào)是非常非常困難的。

光纖結(jié)構(gòu)

光纖電纜有很多種類，但在本文中我們的目的是探討最常見的類型——62.5/125微米光纖保護(hù)束管。數(shù)字表示的是纖維芯和包裹層的直徑，它是微米為測(cè)量單位的，即百萬分之一米。

光纖保護(hù)束管電纜可以用于室內(nèi)或戶外，或兩者兼用。戶外電纜的束管通常填充了凝膠軟管來防潮。電纜中的電線可以是任意的4到144數(shù)目。

經(jīng)過多年發(fā)展，目前已經(jīng)有各種不同尺寸的電線，但是目前在數(shù)字通信中最主要的三種尺寸是：50/125、62.5/125和8.3/125。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，廣泛應(yīng)用的還是50/125和62.5/125微米多模電纜，但是，最近62.5更受到歡迎。這是相當(dāng)不幸的，因?yàn)?0/125已經(jīng)被認(rèn)為是千兆以太網(wǎng)應(yīng)用更好的選擇。

8.3/125微米是一個(gè)單模電纜，由于單模硬件的高昂花費(fèi)，至今它都沒有被廣泛地應(yīng)用到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中。但是，情況開始有了一些改變。因?yàn)槌^62.5/125光纖的千兆以太網(wǎng)長度限制已經(jīng)減少到大約為220米，并且目前使用8.3/125可能是一些校園網(wǎng)絡(luò)唯一的選擇。衷心希望，這中轉(zhuǎn)變能夠帶動(dòng)單模光纖成本的下降。

單模和多模的區(qū)別

銅電纜的尺寸越大就意味著電阻越小，因此有更多的電流，但是光纖則正好相反。為了解釋這個(gè)問題，我們首先需要了解光是如何在纖維芯中傳播的。

光傳播

光在光纖中的傳播過程被稱為“全內(nèi)反射“(TIR);通過使用兩種具備不同反射率的玻璃也可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程。內(nèi)芯有一個(gè)高反射率的指數(shù)而外覆層有一個(gè)低反射率的指數(shù)。這個(gè)反射的原理與你觀察池塘是一樣的。池塘中的水比空氣的反射率指數(shù)高一些，因此如果你從一個(gè)小的角度觀察池塘?xí)r，你將看到周圍事物的一個(gè)反射，但是，如果你以一個(gè)垂直的角度觀察時(shí)，你可能看到的是池塘的底部。

這兩個(gè)視點(diǎn)之間的某個(gè)特定的角度下，光線不會(huì)在水面發(fā)生反射而是直接穿越空氣/水的界面讓你看到池塘的底部。多模光纖，顧名思義，表示有多種方式傳播光線。該范圍包括低位模式到高位模式。低位模式采取的是到達(dá)中間位置最直接路線的模式，而高位模式采取的是最長路線，因?yàn)樗鼈兪菑囊贿叺搅硗庖贿叿磸椙斑M(jìn)的。

由于一個(gè)光脈沖的光線到遠(yuǎn)端的時(shí)間不盡相同，因此，這就造成了信號(hào)散射的效果。這就是所謂的摸態(tài)間波散(有時(shí)也稱為差分模式時(shí)延，DMD)。為了解決這個(gè)問題，于是有了梯度型光纖。上面的例子中，在內(nèi)芯和覆層上有一個(gè)明確的分界，而這里是在中心有高的反射率指數(shù)，并向邊緣逐漸向低反射率指數(shù)減少。這樣就減緩了低模傳輸速度，使光波到達(dá)遠(yuǎn)端的順序更接近，從而減少了模態(tài)間的分散并改善了信號(hào)的形狀。

單模光纖

哪種方式是去除模態(tài)間波散的最佳方式呢?很簡(jiǎn)單，那就是只允許一種模式的傳播。因此一個(gè)較小的纖維芯意味著更高的帶寬和更遠(yuǎn)的距離。就是這么簡(jiǎn)單。