光纤制造
目前通信中所用的光纤一般是石英光纤。石英的化学名称叫二氧化硅(SiO2),它和我们日常用来建房子所用的砂子的主要成分是相同的。但是普通的石英材料制成的光纤是不能用于通信的。通信光纤必须由纯度极高的材料组成;不过,在主体材料里掺入微量的掺杂剂,可以使纤芯和包层的折射率略有不同,这是有利于通信的。
制造光纤的方法很多,目前主要有:管内CVD(化学汽相沉积)法,棒内CVD法,PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法。但不论用哪一种方法,都要先在高温下做成预制棒,然后在高温炉中加温软化,拉成长丝,再进行涂覆、套塑,成为光纤芯线。光纤的制造要求每道工序都要相当精密,由计算机控制。在制造光纤的过程中,要注意:
①光纤原材料的纯度必须很高。
②必须防止杂质污染,以及气泡混入光纤。
③要正确控制折射率的分布;
④正确控制光纤的结构尺寸;
⑤尽量减小光纤表面的伤痕损害,提高光纤机械强度。
光缆的优点
光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆光纤组成,简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它的优点和光纤的优点类似,主要有以下几个方面:
(1)频带较宽。
(2)电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开的光缆需要再生和重发信号。
(3)衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。
(4)中继器的间隔较大,因此可以减少整个通道中继器的数目,可降低成本。根据贝尔实验室的测试,当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为,传输质量很好。而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。
如何安装
在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。
在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为了实现双向通信,光缆就必需成对出现,一个用于输入,一个用于输出。光缆两端接光学接口器。
安装光缆需格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头,通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起,确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。
常用光缆
光纤的类型由模材料(玻璃或塑料纤维)及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光缆有:
·8.3μm 芯、125μm外层、单模。
·62.5μm 芯、125μm外层、多模。
·50μm芯、125μm外层、多模。
·100μm芯、140μm外层、多模。
敷设方式
通信光缆自70年代开始应用以来,现在已经发展成为长途干线、市内电话中继、水底和海底通信以及局域网、专用网等有线传输的骨干,并且已开始向用户接入网发展,由光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)等向光纤到户(FTTH)发展。针对各种应用和环境条件等,通信光缆有架空、直埋、管道、水底、室内等敷设方式。
架空光缆
架空光缆是架挂在电杆上使用的光缆。这种敷设方式可以利用原有的架空明线杆路,节省建设费用、缩短建设周期。架空光缆挂设在电杆上,要求能适应各种自然环境。架空光缆易受台风、冰凌、洪水等自然灾害的威胁,也容易受到外力影响和本身机械强度减弱等影响,因此架空光缆的故障率高于直埋和管道式的光纤光缆。一般用于长途二级或二级以下的线路,适用于专用网光缆线路或某些局部特殊地段。
架空光缆的敷设方法有两种:
1. 吊线式:先用吊线紧固在电杆上,然后用挂钩将光缆悬挂在吊线上,光缆的负荷由吊线承载。
2. 自承式:用一种自承式结构的光缆,光缆呈“8”字型,上部为自承线,光缆的负荷由自承线承载。
直埋光缆
这种光缆外部有钢带或钢丝的铠装,直接埋设在地下,要求有抵抗外界机械损伤的性能和防止土壤腐蚀的性能。要根据不同的使用环境和条件选用不同的护层结构,例如在有虫鼠害的地区,要选用有防虫鼠咬啮的护层的光缆。
根据土质和环境的不同,光缆埋入地下的深度一般在0.8m至1.2m之间。在敷设时,还必须注意保持光纤应变要在允许的限度内。
管道光缆
管道敷设一般是在城市地区,管道敷设的环境比较好,因此对光缆护层没有特殊要求,无需铠装。
管道敷设前必须选下敷设段的长度和接续点的位置。敷设时可以采用机械旁引或人工牵引。一次牵引的牵引力不要超过光缆的允许张力。
制作管道的材料可根据地理选用混凝土、石棉水泥、钢管、塑料管等。
水底光缆
水底光缆是敷设于水底穿越河流、湖泊和滩岸等处的光缆。这种光缆的敷设环境比管道敷设、直埋敷设的条件差得多。水底光缆必须采用钢丝或钢带铠装的结构,护层的结构要根据河流的水文地质情况综合考虑。例如在石质土壤、冲刷性强的季节性河床,光缆遭受磨损、拉力大的情况,不仅需要粗钢丝做铠装,甚至要用双层的铠装。施工的方法也要根据河宽、水深、流速、河床、流速、河床土质等情况进行选定。
水底光缆的敷设环境条件比直埋光缆严竣得多,修复故障的技术和措施也困难得多,所以对水度光缆的可靠性要求也比直埋光缆高。
海底光缆也是水底电缆,但是敷设环境条件比一般水底光缆更加严竣,要求更高,对海底光缆系统及其元器件的使用寿命要求在25年以上。
海底光缆:结构与发展
1988年,在美国与英国、法国之间敷设了越洋的海底光缆(TAT-8)系统,全长6700公里。这条光缆含有3对光纤,每对的传输速率为280Mb/s,中继站距离为67公里。这是第一条跨越大西洋的通信海底光缆,标志着海底光缆时代的到来。1989年,跨越太平洋的海底光缆(全长13200公里)也建设成功,从此,海底光缆就在跨越海洋的洲际海缆领域取代了同轴电缆,远洋洲际间不再敷设海底电缆。
光纤的传输容量大,中继站间的距离长,适用于海底长距离的通信。用于海底光缆的光纤比陆地光缆所用的光纤有更高的要求;要求低损耗、高强度、制造长度长,光缆的中继距离长,一般都在50公里以上,在光纤的传输性能方面要求在25年以内不会变化。在海底光缆的结构方面:要求能经受强大的压力和拉力,特别是深海光缆(敷设在水深1000米以上海底的光缆),在敷设和维修作业中除了光缆本身的重量外,还要加上海浪加到光缆上的动态应力,在如此大的负荷条件下,光缆的应变要限制在0.7~0.8%之内;海底光缆的结构要求坚固、材料轻,但不能用轻金属铝,因为铝和海水会发生电化学反应而产生氢气,氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中,使光纤的损耗变大。因此海底光缆既要防止内部产生氢气,同时还要防止氢气从外部渗入光缆。为此,在90年代初期,研制开发出一种涂碳或涂钛层的光纤,能阻止氢的渗透和防止化学腐蚀。光纤接头也要求是高强度的,要求接续保持原有光纤的强度和原有光纤的表面不受损伤。