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詳解光纖鏈路故障原因
2016-03-18
近兩年，隨著光纖成本下降，以及1000Base和10G以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用和升級，光纖通信已經(jīng)逐漸成為局域網(wǎng)布線、以及FTTx網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分。由于光纖對于電磁干擾免疫功率計的特性，使得我們可以不用再特別考慮類似電源箱、UPS等電磁輻射設(shè)備的位置設(shè)計，從而大大提高綜合布線的靈活性和效率。然而也正因如此，往往下意識地認為光纖布線非常簡單安全，而忽視了光纖鏈路故障可能引發(fā)的重大網(wǎng)絡(luò)問題。
需要指出的是，為了保證光信號遠距離、低損耗的傳輸，整條光纖鏈路必須滿足非常苛刻且敏感的物理條件。任何細微的幾何形變或者輕微污染都會造成信號的巨大衰減，甚至中斷通信。在實際工作中，引起光纜鏈路故障的主要原因有：光纜過長、彎曲過渡、光纖受壓或斷裂、熔接不良、核心直徑不匹配、模式混用、填充物直徑不匹配、接頭污染、接頭拋光不良、接頭接觸不良。
1.光纜過長
由于光纖本身的缺陷和摻雜組分的非均勻性，使得其中傳播的光信號時時刻刻都在發(fā)生著散射和被吸收。隨著制造原料和制造工藝的改進，如今的光纖已經(jīng)將1970年每公里20dB的衰減減小到每公里1dB。同時，ISO11801、ANSI/TIA/EIA568B等標(biāo)準(zhǔn)化組織也對光纖鏈路單位距離衰減作了明文規(guī)定。
然而即便如此，光纖本身的衰減依然存在。所以當(dāng)光纖鏈路過長，就會造成整條鏈路的整體衰減超過了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的門限，導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降。在實際工作中，由于光鏈存在眾多盤線，所以光鏈路的長度往往大于實際通信節(jié)點的物理距離，稍不小心就會造成光鏈路過長。所以，在布線設(shè)計時要明確各段線路的長度設(shè)計，預(yù)防光纜過長。同時在布線施工完成后，通過儀表測量光鏈路的實際長度，如圖1所示(Flukenetworks公司的OptifiberTM能夠測量每段接線的長度，以方便在必要處修正鏈路)，以保證施工與設(shè)計的一致性。
圖1OptifiberTM光纖長度和連接圖
2.彎曲過度
光纜彎曲損耗和受壓損耗其本質(zhì)都是由于光不滿足全內(nèi)反射的條件而造成的。
光纖具有一定的易彎曲性，盡管可以彎曲，但當(dāng)光纖彎曲到一定程度時，將引起光的傳播途徑的改變，使一部分光能滲透到包層中或穿過包層成為輻射模向外泄漏損失掉，產(chǎn)生彎曲損耗。當(dāng)光在彎曲部分中傳輸時，越靠近光纖外側(cè)傳輸速度就越大。當(dāng)傳輸?shù)侥骋晃恢脮r，其速度就會超過光速，傳導(dǎo)模變成輻射模產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑過小時，由彎曲造成的損耗會變得非常明顯。所以，一般建議動態(tài)彎曲半徑不得小于光纜外徑的20倍，靜態(tài)彎曲半徑不得小于光纜外徑的15倍,
實際使用中，光纖中數(shù)據(jù)是沿直線傳播的，光纖保持不彎曲，數(shù)據(jù)就不會出現(xiàn)問題;如果彎一點，數(shù)據(jù)就開始溢出;如果把光纖緊緊纏繞成一個圈，就會徹底失去信號。所以，在布線施工時，要特別注意給走線預(yù)留充足的角度，例如沿著墻角、走廊、桌面稍微彎曲過渡，傳輸就可能失敗了。
另一方面，也可以利用彎曲將光纖中高次模過濾掉，從而提高光線衰減測量時的穩(wěn)定性。圖2顯示了光信號在光纖中輻射模衰減的原理，以及經(jīng)卷軸調(diào)制高次模的過程。
3.光纜受壓或斷裂
光纖受到不均勻應(yīng)力的作用，例如受到壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產(chǎn)生微小不規(guī)則彎曲甚至斷裂，其結(jié)果是傳導(dǎo)模變換為輻射模而導(dǎo)致光能損耗。尤其，當(dāng)斷裂發(fā)生在光纜內(nèi)部時，從外表無法發(fā)現(xiàn)故障，但是在光纖斷裂處由于折射率發(fā)生突變，甚至?xí)纬煞瓷鋼p耗，使光纖的信號質(zhì)量相信就會大打折扣。此時，可以通過OTDR測試儀檢測發(fā)現(xiàn)光纖內(nèi)部彎曲處或斷裂點。需要指出的是，在局域網(wǎng)布線中距離較短，所以對于OTDR測試儀的精度要求較高，一般建議使用事件死去(即分辨精度)不大于1m的測試儀器。
需要指出的是，為了保證光信號遠距離、低損耗的傳輸，整條光纖鏈路必須滿足非常苛刻且敏感的物理條件。任何細微的幾何形變或者輕微污染都會造成信號的巨大衰減，甚至中斷通信。在實際工作中，引起光纜鏈路故障的主要原因有：光纜過長、彎曲過渡、光纖受壓或斷裂、熔接不良、核心直徑不匹配、模式混用、填充物直徑不匹配、接頭污染、接頭拋光不良、接頭接觸不良。
1.光纜過長
由于光纖本身的缺陷和摻雜組分的非均勻性，使得其中傳播的光信號時時刻刻都在發(fā)生著散射和被吸收。隨著制造原料和制造工藝的改進，如今的光纖已經(jīng)將1970年每公里20dB的衰減減小到每公里1dB。同時，ISO11801、ANSI/TIA/EIA568B等標(biāo)準(zhǔn)化組織也對光纖鏈路單位距離衰減作了明文規(guī)定。
然而即便如此，光纖本身的衰減依然存在。所以當(dāng)光纖鏈路過長，就會造成整條鏈路的整體衰減超過了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的門限，導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降。在實際工作中，由于光鏈存在眾多盤線，所以光鏈路的長度往往大于實際通信節(jié)點的物理距離，稍不小心就會造成光鏈路過長。所以，在布線設(shè)計時要明確各段線路的長度設(shè)計，預(yù)防光纜過長。同時在布線施工完成后，通過儀表測量光鏈路的實際長度，如圖1所示(Flukenetworks公司的OptifiberTM能夠測量每段接線的長度，以方便在必要處修正鏈路)，以保證施工與設(shè)計的一致性。
圖1OptifiberTM光纖長度和連接圖
2.彎曲過度
光纜彎曲損耗和受壓損耗其本質(zhì)都是由于光不滿足全內(nèi)反射的條件而造成的。
光纖具有一定的易彎曲性，盡管可以彎曲，但當(dāng)光纖彎曲到一定程度時，將引起光的傳播途徑的改變，使一部分光能滲透到包層中或穿過包層成為輻射模向外泄漏損失掉，產(chǎn)生彎曲損耗。當(dāng)光在彎曲部分中傳輸時，越靠近光纖外側(cè)傳輸速度就越大。當(dāng)傳輸?shù)侥骋晃恢脮r，其速度就會超過光速，傳導(dǎo)模變成輻射模產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑過小時，由彎曲造成的損耗會變得非常明顯。所以，一般建議動態(tài)彎曲半徑不得小于光纜外徑的20倍，靜態(tài)彎曲半徑不得小于光纜外徑的15倍,
實際使用中，光纖中數(shù)據(jù)是沿直線傳播的，光纖保持不彎曲，數(shù)據(jù)就不會出現(xiàn)問題;如果彎一點，數(shù)據(jù)就開始溢出;如果把光纖緊緊纏繞成一個圈，就會徹底失去信號。所以，在布線施工時，要特別注意給走線預(yù)留充足的角度，例如沿著墻角、走廊、桌面稍微彎曲過渡，傳輸就可能失敗了。
另一方面，也可以利用彎曲將光纖中高次模過濾掉，從而提高光線衰減測量時的穩(wěn)定性。圖2顯示了光信號在光纖中輻射模衰減的原理，以及經(jīng)卷軸調(diào)制高次模的過程。
3.光纜受壓或斷裂
光纖受到不均勻應(yīng)力的作用，例如受到壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產(chǎn)生微小不規(guī)則彎曲甚至斷裂，其結(jié)果是傳導(dǎo)模變換為輻射模而導(dǎo)致光能損耗。尤其，當(dāng)斷裂發(fā)生在光纜內(nèi)部時，從外表無法發(fā)現(xiàn)故障，但是在光纖斷裂處由于折射率發(fā)生突變，甚至?xí)纬煞瓷鋼p耗，使光纖的信號質(zhì)量相信就會大打折扣。此時，可以通過OTDR測試儀檢測發(fā)現(xiàn)光纖內(nèi)部彎曲處或斷裂點。需要指出的是，在局域網(wǎng)布線中距離較短，所以對于OTDR測試儀的精度要求較高，一般建議使用事件死去(即分辨精度)不大于1m的測試儀器。
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