什麼是光纜

光纖電纜今天廣泛用於傳輸數據。在 IT 的某些領域，它們已經完全取代了基於金屬導體的傳統通信線路。在必須長距離傳輸大量數據的情況下，光纖線路特別有效。

光纜的物理基礎

光纖的物理原理是基於全反射原理。如果我們取兩種折射率不同的介質 n₁ 和 n₂, 與 n₂<n₁ （例如，空氣和玻璃或玻璃和透明塑料）並以 α 角向界面發送一束光，將發生兩個事件。

從左上方（沿箭頭方向）發射的光線（圖中紅色標記）將被部分折射，並將跟隨折射率為 n 的介質₂ 角度 α₁<α -="" this="" part="" of="" the="" beam="" is="" indicated="" by="" the="" dashed="" line.="" the="" other="" part="" of="" the="" beam="" will="" be="" reflected="" from="" the="" interface="" at="" the="" same="" angle.="" if="" we="" let="" the="" beam="" under="" a="" more="" gentle="" angle="" β="" (the="" green="" beam="" in="" the="" figure),="" the="" same="" thing="" will="" happen="" -="" partial="" reflection="" and="" partial="" refraction="" under="" the="" angle="">₁.

如果入射角 α 進一步減小（圖中的藍色光束），則可以實現光束的折射部分實際上平行於界面“滑動”（藍色虛線）。入射角的進一步減小（綠光以 β 角下降）將導致質的跳躍——折射部分將不存在。光束將從兩種介質之間的界面完全反射。這個角度稱為全反射角，現象本身稱為全反射。當入射角進一步減小時也會觀察到同樣的情況。

光纖的構造

這是構建光纖的原理。它由兩個具有不同光密度的同軸層組成。

如果光束以大於光反射角的角度進入光纖的開口端，它將完全從兩種不同折射率的介質之間的接觸邊界反射，在每次“跳躍”處幾乎沒有衰減。

光纖的外部由塑料製成。內膽也可以是透明塑料，然後可以彎成相當大的角度（甚至扭成一個環，進入裡面的光還是會衰減從一端傳到另一端，這取決於它的光學特性）塑料和纖維的長度）。對於柔性不那麼重要的長距離電纜，內芯通常由玻璃製成。這減少了衰減，降低了光纖的成本，但它對彎曲變得敏感。

為了增加光線路的容量，光纖以雙模或多模版本生產。為此，纖芯橫截面增加到 50 µm 或 62.5 µm（單模為 10 µm）。通過這種光導可以同時傳輸兩個或更多個信號。

光傳輸線的這種結構具有某些缺點。其中之一是由每個信號的不同路徑引起的光色散。他們已經學會了通過製造具有梯度（從中間到邊緣變化）折射率的核心來對抗它。因此，校正了不同光束的路徑。

具有多模光纖的電纜主要用於本地網絡（在一棟建築物內，一家公司等），而單模電纜則用於乾線。

光纖線路的設計

光纖線傳輸由 LED 或激光器產生的光信號。在發射裝置中產生電信號。最終設備還需要電脈衝形式的信號。因此，有必要將原始數據轉換兩次。光纖線路的簡化圖如圖所示。

來自發射設備的信號被轉換成光脈衝並通過光線路傳輸。發射端發射器的功率是有限的，因此補償衰減的設備——光放大器、再生器或中繼器——以一定的間隔放置在很長的線路上。在接收端，有另一個轉換器將光信號轉換為電信號。

光纜建設

為了組織光纖線路，將單根光纖用作光纜的一部分。它的結構取決於傳輸線的用途和鋪設方法，但通常它包含幾根帶有單獨保護塗層（防止划痕和機械損壞）的光纖。這種保護通常分兩層進行——首先是複合外殼，然後在頂部額外塗上一層塑料或清漆。光纖被包裹在一個共同的護套中（類似於傳統的電纜），這決定了電纜的應用，並根據線路在運行期間將受到的外部影響進行選擇。

在鋪設電纜橋架時，存在保護線路免受囓齒動物侵害的問題。在這種情況下，需要選擇外護套用鋼帶或鋼絲鎧裝加固的電纜。也使用玻璃纖維作為防止損壞的保護。

如果電纜敷設在管道中，則不需要加強殼。金屬管可靠地保護小鼠和大鼠的牙齒。外護套可以做得更輕。這使得更容易在管道內收緊電纜。

如果將線路鋪設在地下，則以金屬絲鎧裝、防腐蝕保護或玻璃纖維棒的形式進行保護。這裡，不僅對壓縮而且對拉伸都提供高阻力。

如果電纜必須鋪設在海上、穿過河流和其他水障礙、沼澤地等，則使用鋁聚合物膠帶進行額外保護。這樣就實現了防止水滲透的安全性。

此外，整個護套內的許多電纜包含：

• 用於在外部機械影響和線路熱伸長下為結構提供更大強度的鋼筋；
• 填料 - 填充纖維和其他元素之間的空白區域的塑料線
• 動力棒（它們的目的是增加拉伸載荷）。

在大跨度中，線路懸掛在電纜上，但也有自支撐電纜。支撐金屬電纜直接內置在護套中。

作為單獨類型的光纖線路應該提到光纖跳線。這種電纜包含一根或兩根光纖（單模或雙模），封裝在一個共同的護套中。電源線的兩側都配有連接器。這些電纜長度短，設計用於短距離連接設備或鋪設機櫃內通信。

光纜的優缺點

決定了這種通信線路廣泛使用的光纜無疑具有以下優勢：

• 高抗噪性——光信號不受家庭和工業電磁輻射的影響，線路本身不輻射（這使得未經授權訪問傳輸的信息變得困難，並且不會產生電磁兼容性問題）；
• 接收端和發射端之間完全電流隔離；
• 低衰減 - 遠低於電線；
• 使用壽命長；
• 高帶寬。

在今天的現實中，電纜不會吸引金屬竊賊也很重要。

光學並非沒有缺點。首先是安裝和連接的複雜性，需要特殊的設備、工具和材料，對線路安裝和維護人員的技能提出了更高的要求。 FOCL 中的大多數故障都與安裝錯誤有關，這些錯誤可能不會立即顯現出來。最初，生產線本身的成本也很高，但技術的發展使這一劣勢降低到具有競爭力的水平成為可能。

光通信線路在通信材料市場中佔有重要地位。在可預見的未來，除非有技術突破，否則沒有真正的替代方案可以替代它們。

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