多年来，光纤网络已经普及。这些网络使用光纤设备，并具有低电磁噪声、高数据传输速率、增强安全性等优点。如今，在各种工业应用中，传统铜网络正在慢慢被光纤网络取代。尽管我们可以轻松获得这些光纤设备，但设计网络可能并不容易。必须解决几个关键因素才能确保网络的整体完整性和性能。
网络中的光纤损耗是铺设光纤网络时经常被忽视的因素之一，这主要是由于相关工程师缺乏常识造成的。光纤损耗是信号损耗的术语，它影响传输的可靠性。因此，计算光纤损耗并采取适当的措施非常重要。接下来，我们简要分享一些有关计算光纤损耗的见解，以及有关如何减少网络中光纤损耗的技巧。
计算光纤损耗时要考虑的重要因素
光纤系统设计并不是一件容易的事，而是一个平衡的行为，应该解决所有可能导致损耗的系统因素。光纤损耗是由一系列内在和外在因素引起的。光纤损耗或信号损耗，也称为光纤衰减，是由单模和多模光纤的内在和外在特性引起的。如果想要知道如何计算网络中的光纤损耗，就要解决这些因素。
以下是计算光纤损耗预算时需要考虑的一些因素：
固有衰减损耗：该术语涉及三种类型的损耗——吸收损耗、散射损耗和色散损耗。
- 散射损耗：它们是由于成分波动、材料密度、制造缺陷和结构不均匀性的微小变化引起的。通常，这些变化可以在微观水平上观察到。
- 色散损耗：有时，光信号在通过光纤传输时可能会失真，这导致色散损耗。色散损耗有两种类型：模式内和模式间。模内色散主要是由于脉冲在单模光纤中的扩展引起的。这种脉冲扩展是由于传播常数或折射率沿长度的变化而发生的。相反，模间色散是由于多模光纤模式之间的传播延迟而发生的脉冲展宽。
- 吸收损耗：这些被认为是光缆中光损耗的主要原因之一。光子在传输过程中与不同的玻璃成分、金属离子或电子相互作用。光在这种相互作用过程中被吸收并转化为其他能量形式，例如热、波长杂质和分子共振。
50/125 µm 和 6.25/125 µm 多模光纤的本征衰减为 3.5dB/km@850nm，9 µm 单模光纤的本征衰减为 0.4 dB/Km @1310nm 和 0.3 dB/Km@1550nm。
- 插入损耗：也称为连接器损耗，是设备插入光纤或传输线时发生的光功率损耗。一般来说，工厂组装的单模连接器的损耗在0.1-0.2dB范围内，而现场端接连接器的损耗可能高达0.2-1.0dB。多模连接器的损耗为 0.2-0.5 dB。
- 发射器：激光发射器和LED发射器是大多数光纤网络中使用的两种重要的发射器类型。激光发射器有低、中、高三种类型，也称为短距离、中距离和长距离发射器。LED 发射器有标准和高功率 LED 发射器可供选择。发射器的正确选择取决于所使用的光纤类型。选择这些发射器时，需要关注连接器处的光输出因素。例如，-5dB 是最常见的光输出。
- 使用的光纤类型：大多数网络使用单模或多模光纤或两者兼而有之。大多数多模光纤的损耗因数为 2.5 (@850nm) 和 0.8 (@1300 nm) dB/km。与此相反，单模光纤的损耗因数为 0.25 (@1550nm) 和 0.35 (@1310nm) dB/km。单模光纤与激光发射器兼容，可提供短距离和长距离类型。多模光纤通常与 LED 发射器集成，因为由于缺乏能量，它们的传输距离不会超过 1 公里。高功率 LED 发射器与单模光纤一起使用。
- 光纤损耗系数：损耗系数通常由制造商定义，单位为 dB/公里。光纤损耗系数的计算可以简单地计算为损耗系数×距离。该距离是光缆的总长度，而不仅仅是网络的距离。
- 冗余量：这是一个广义术语，涵盖多个因素，例如接收器和发射器组件的老化、光纤老化、光缆的扭曲和弯曲、未来添加设备的范围、为修复电缆断裂而添加的接头。一般来说，光纤损耗预算冗余量保持在3到10dB之间。
- 光纤熔接：熔接有助于连接光纤的两端。这样做是为了确保通过电缆的光与单根光纤一样强。机械接头和熔断接头是光缆网络中使用的两种重要接头类型。其中，机械接头在光纤端部使用连接器组，而在熔接类型中，光纤端部直接插接。机械接头的损耗通常被认为在每个连接器 0.1-1.5 dB 的范围内，而在熔接接头中，每个接头的损耗为 0.1-0.5dB。由于损耗系数低，熔接接头最受青睐。
- 弯曲：一小部分光纤损耗是由弯曲引起的。这种弯曲可能是由于电缆处理不当造成的。弯曲有两种类型——宏弯曲和微弯曲。宏弯曲是指电缆中的较大弯曲，而微弯曲是指电缆中的小弯曲。
如何计算光纤损耗
要计算光纤损耗，需要了解以下这些公式：
- 总链路损耗 = 熔接损耗 + 电缆衰减 + 连接器损耗 + 安全冗余
- 熔接损耗 (dB) = 熔接损耗容限 (dB) x 熔接数量
- 电缆衰减 (dB) = 最大电缆衰减系数 (dB/km) × 长度 ( km)
- 连接器损耗 (dB) = 连接器损耗容限 (dB) x 连接器对数
总损耗是光纤段中多个变量的总和。尽管了解了如何计算光纤损耗，但请记住这只是一个估计。根据不同因素，实际值可能会偏高或偏低，因此需要保持平衡。
例如，如果考虑 40 公里长的单模链路，在 1310nm 处有 5 个接头和 2 个连接器对，则计算结果为：
- 电缆衰减 (dB) = 40km x 0.4 dB/km
- 熔接损耗 = 0.1dB/km x 5
- 连接器损耗 = 0.75dB x2
- 安全裕度=3.0dB
链路损耗：40km x 0.4 dB/km + 0.1dB/km x5 + 0.75dBx + 3.0dB
计算表明，通过光纤链路传输至少需要 21dB 功率。设置网络后，需要测量并验证实际的链路损耗。这将有助于识别性能问题）。
减少网络中光纤损耗的技巧
需要留出足够的余量来适应随着时间的推移性能下降。这种考虑将有助于确保光的功率输出在接收器的灵敏度范围内。可以在光纤链路设计和安装中进行以下一些更改，以最大程度地减少网络中的光纤损耗。
- 确保在整个网络中使用高质量的电缆。电缆必须具有类似的特性。
- 尽可能尝试使用合格的连接器。始终确保插入损耗小于 0.3dB，任何附加损耗小于 0.2dB。
- 熔接时尽量遵循环境和拼接要求。
- 确保使用干净的连接器。
- 铺设光缆时选择最佳方法。
- 确保使用整个光盘进行配置。单张盘可达500米以上。这将有助于最大限度地减少关节数量。
- 需要安装电气、防雷、防机械和防腐蚀等环境因素保护。
- 尽量使用高质量的所有组件，包括电缆、连接器、发射器、媒体转换器、交换机。这将帮助确保高性能并最大限度地减少网络中的光纤损耗。
总结
在设计和设置光纤网络时，解决光纤链路损耗非常重要。然而，解决这种损失还涉多个考虑因素。本文详细讨论了这些注意事项以及如何计算光纤损耗以及最大限度减少网络中光纤损耗的技巧。尽管这些计算将帮助采取所有必要的措施来防止网络中的光纤损耗，但安装优质设备和电缆也同样重要。
