本文來自微信公眾號(hào)“數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理”。
多年來，光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及。這些網(wǎng)絡(luò)使用光纖設(shè)備，并具有低電磁噪聲、高數(shù)據(jù)傳輸速率、增強(qiáng)安全性等優(yōu)點(diǎn)。如今，在各種工業(yè)應(yīng)用中，傳統(tǒng)銅網(wǎng)絡(luò)正在慢慢被光纖網(wǎng)絡(luò)取代。盡管我們可以輕松獲得這些光纖設(shè)備，但設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)可能并不容易。必須解決幾個(gè)關(guān)鍵因素才能確保網(wǎng)絡(luò)的整體完整性和性能。
網(wǎng)絡(luò)中的光纖損耗是鋪設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)經(jīng)常被忽視的因素之一，這主要是由于相關(guān)工程師缺乏常識(shí)造成的。光纖損耗是信號(hào)損耗的術(shù)語，它影響傳輸?shù)目煽啃?。因此，?jì)算光纖損耗并采取適當(dāng)?shù)拇胧┓浅Ｖ匾?。接下來，我們?jiǎn)要分享一些有關(guān)計(jì)算光纖損耗的見解，以及有關(guān)如何減少網(wǎng)絡(luò)中光纖損耗的技巧。
計(jì)算光纖損耗時(shí)要考慮的重要因素
光纖系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不是一件容易的事，而是一個(gè)平衡的行為，應(yīng)該解決所有可能導(dǎo)致?lián)p耗的系統(tǒng)因素。光纖損耗是由一系列內(nèi)在和外在因素引起的。光纖損耗或信號(hào)損耗，也稱為光纖衰減，是由單模和多模光纖的內(nèi)在和外在特性引起的。如果想要知道如何計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的光纖損耗，就要解決這些因素。
以下是計(jì)算光纖損耗預(yù)算時(shí)需要考慮的一些因素：
●固有衰減損耗：該術(shù)語涉及三種類型的損耗——吸收損耗、散射損耗和色散損耗。
●散射損失：它們是由于成分波動(dòng)、材料密度、制造缺陷和結(jié)構(gòu)不均勻性的微小變化引起的。通常，這些變化可以在微觀水平上觀察到。
●色散損耗：有時(shí)，光信號(hào)在通過光纖傳輸時(shí)可能會(huì)失真，這導(dǎo)致色散損耗。色散損耗有兩種類型：模式內(nèi)和模式間。模內(nèi)色散主要是由于脈沖在單模光纖中的擴(kuò)展引起的。這種脈沖擴(kuò)展是由于傳播常數(shù)或折射率沿長(zhǎng)度的變化而發(fā)生的。相反，模間色散是由于多模光纖模式之間的傳播延遲而發(fā)生的脈沖展寬。
●吸收損耗：這些被認(rèn)為是光纜中光損耗的主要原因之一。光子在傳輸過程中與不同的玻璃成分、金屬離子或電子相互作用。光在這種相互作用過程中被吸收并轉(zhuǎn)化為其他能量形式，例如熱、波長(zhǎng)雜質(zhì)和分子共振。
50/125µm和6.25/125µm多模光纖的本征衰減為3.5dB/km 850nm，9µm單模光纖的本征衰減為0.4 dB/Km 1310nm和0.3 dB/Km 1550nm。
●插入損耗：也稱為連接器損耗，是設(shè)備插入光纖或傳輸線時(shí)發(fā)生的光功率損耗。一般來說，工廠組裝的單模連接器的損耗在0.1-0.2dB范圍內(nèi)，而現(xiàn)場(chǎng)端接連接器的損耗可能高達(dá)0.2-1.0dB。多模連接器的損耗為0.2-0.5 dB。
●發(fā)射器：激光發(fā)射器和LED發(fā)射器是大多數(shù)光纖網(wǎng)絡(luò)中使用的兩種重要的發(fā)射器類型。激光發(fā)射器有低、中、高三種類型，也稱為短距離、中距離和長(zhǎng)距離發(fā)射器。LED發(fā)射器有標(biāo)準(zhǔn)和高功率LED發(fā)射器可供選擇。發(fā)射器的正確選擇取決于所使用的光纖類型。選擇這些發(fā)射器時(shí)，需要關(guān)注連接器處的光輸出因素。例如，-5dB是最常見的光輸出。
●使用的光纖類型：大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)使用單?；蚨嗄９饫w或兩者兼而有之。大多數(shù)多模光纖的損耗因數(shù)為2.5( 850nm)和0.8( 1300 nm)dB/km。與此相反，單模光纖的損耗因數(shù)為0.25( 1550nm)和0.35( 1310nm)dB/km。單模光纖與激光發(fā)射器兼容，可提供短距離和長(zhǎng)距離類型。多模光纖通常與LED發(fā)射器集成，因?yàn)橛捎谌狈δ芰?，它們的傳輸距離不會(huì)超過1公里。高功率LED發(fā)射器與單模光纖一起使用。
●光纖損耗系數(shù)：損耗系數(shù)通常由制造商定義，單位為dB/公里。光纖損耗系數(shù)的計(jì)算可以簡(jiǎn)單地計(jì)算為損耗系數(shù)×距離。該距離是光纜的總長(zhǎng)度，而不僅僅是網(wǎng)絡(luò)的距離。
●冗余量：這是一個(gè)廣義術(shù)語，涵蓋多個(gè)因素，例如接收器和發(fā)射器組件的老化、光纖老化、光纜的扭曲和彎曲、未來添加設(shè)備的范圍、為修復(fù)電纜斷裂而添加的接頭。一般來說，光纖損耗預(yù)算冗余量保持在3到10dB之間。
●光纖熔接：熔接有助于連接光纖的兩端。這樣做是為了確保通過電纜的光與單根光纖一樣強(qiáng)。機(jī)械接頭和熔斷接頭是光纜網(wǎng)絡(luò)中使用的兩種重要接頭類型。其中，機(jī)械接頭在光纖端部使用連接器組，而在熔接類型中，光纖端部直接插接。機(jī)械接頭的損耗通常被認(rèn)為在每個(gè)連接器0.1-1.5 dB的范圍內(nèi)，而在熔接接頭中，每個(gè)接頭的損耗為0.1-0.5dB。由于損耗系數(shù)低，熔接接頭最受青睞。
●彎曲：一小部分光纖損耗是由彎曲引起的。這種彎曲可能是由于電纜處理不當(dāng)造成的。彎曲有兩種類型——宏彎曲和微彎曲。宏彎曲是指電纜中的較大彎曲，而微彎曲是指電纜中的小彎曲。
如何計(jì)算光纖損耗
要計(jì)算光纖損耗，需要了解以下這些公式：
總鏈路損耗=熔接損耗+電纜衰減+連接器損耗+安全冗余
熔接損耗(dB)=熔接損耗容限(dB)x熔接數(shù)量
電纜衰減(dB)=最大電纜衰減系數(shù)(dB/km)×長(zhǎng)度(km)
連接器損耗(dB)=連接器損耗容限(dB)x連接器對(duì)數(shù)
總損耗是光纖段中多個(gè)變量的總和。盡管了解了如何計(jì)算光纖損耗，但請(qǐng)記住這只是一個(gè)估計(jì)。根據(jù)不同因素，實(shí)際值可能會(huì)偏高或偏低，因此需要保持平衡。
例如，如果考慮40公里長(zhǎng)的單模鏈路，在1310nm處有5個(gè)接頭和2個(gè)連接器對(duì)，則計(jì)算結(jié)果為：
●電纜衰減(dB)=40km x 0.4 dB/km
●熔接損耗=0.1dB/km x 5
●連接器損耗=0.75dB x2
●安全裕度=3.0dB
鏈路損耗：40km x 0.4 dB/km+0.1dB/km x5+0.75dBx+3.0dB
計(jì)算表明，通過光纖鏈路傳輸至少需要21dB功率。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)后，需要測(cè)量并驗(yàn)證實(shí)際的鏈路損耗。這將有助于識(shí)別性能問題）。
減少網(wǎng)絡(luò)中光纖損耗的技巧
需要留出足夠的余量來適應(yīng)隨著時(shí)間的推移性能下降。這種考慮將有助于確保光的功率輸出在接收器的靈敏度范圍內(nèi)?？梢栽诠饫w鏈路設(shè)計(jì)和安裝中進(jìn)行以下一些更改，以最大程度地減少網(wǎng)絡(luò)中的光纖損耗。
●確保在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中使用高質(zhì)量的電纜。電纜必須具有類似的特性。
●盡可能嘗試使用合格的連接器。始終確保插入損耗小于0.3dB，任何附加損耗小于0.2dB。
●熔接時(shí)盡量遵循環(huán)境和拼接要求。
●確保使用干凈的連接器。
●鋪設(shè)光纜時(shí)選擇最佳方法。
●確保使用整個(gè)光盤進(jìn)行配置。單張盤可達(dá)500米以上。這將有助于最大限度地減少關(guān)節(jié)數(shù)量。
●需要安裝電氣、防雷、防機(jī)械和防腐蝕等環(huán)境因素保護(hù)。
●盡量使用高質(zhì)量的所有組件，包括電纜、連接器、發(fā)射器、媒體轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)。這將幫助確保高性能并最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)中的光纖損耗。
總結(jié)
在設(shè)計(jì)和設(shè)置光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)，解決光纖鏈路損耗非常重要。然而，解決這種損失還涉多個(gè)考慮因素。本文詳細(xì)討論了這些注意事項(xiàng)以及如何計(jì)算光纖損耗以及最大限度減少網(wǎng)絡(luò)中光纖損耗的技巧。盡管這些計(jì)算將幫助采取所有必要的措施來防止網(wǎng)絡(luò)中的光纖損耗，但安裝優(yōu)質(zhì)設(shè)備和電纜也同樣重要。
