多年來，光纖網絡已經普及。這些網絡使用光纖設備，并具有低電磁噪聲、高數據傳輸速率、增強安全性等優點。如今，在各種工業應用中，傳統銅網絡正在慢慢被光纖網絡取代。盡管我們可以輕松獲得這些光纖設備，但設計網絡可能并不容易。必須解決幾個關鍵因素才能確保網絡的整體完整性和性能。
網絡中的光纖損耗是鋪設光纖網絡時經常被忽視的因素之一，這主要是由于相關工程師缺乏常識造成的。光纖損耗是信號損耗的術語，它影響傳輸的可靠性。因此，計算光纖損耗并采取適當的措施非常重要。接下來，我們簡要分享一些有關計算光纖損耗的見解，以及有關如何減少網絡中光纖損耗的技巧。
計算光纖損耗時要考慮的重要因素
光纖系統設計并不是一件容易的事，而是一個平衡的行為，應該解決所有可能導致損耗的系統因素。光纖損耗是由一系列內在和外在因素引起的。光纖損耗或信號損耗，也稱為光纖衰減，是由單模和多模光纖的內在和外在特性引起的。如果想要知道如何計算網絡中的光纖損耗，就要解決這些因素。
以下是計算光纖損耗預算時需要考慮的一些因素：
固有衰減損耗：該術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、材料密度、制造缺陷和結構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，光信號在通過光纖傳輸時可能會失真，這導致色散損耗。色散損耗有兩種類型：模式內和模式間。模內色散主要是由于脈沖在單模光纖中的擴展引起的。這種脈沖擴展是由于傳播常數或折射率沿長度的變化而發生的。相反，模間色散是由于多模光纖模式之間的傳播延遲而發生的脈沖展寬。
吸收損耗：這些被認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化為其他能量形式，例如熱、波長雜質和分子共振。
50/125 µm 和 6.25/125 µm 多模光纖的本征衰減為 3.5dB/km@850nm，9 µm 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，是設備插入光纖或傳輸線時發生的光功率損耗。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，而現場端接連接器的損耗可能高達0.2-1.0dB。多模連接器的損耗為 0.2-0.5 dB。
發射器：激光發射器和LED發射器是大多數光纖網絡中使用的兩種重要的發射器類型。激光發射器有低、中、高三種類型，也稱為短距離、中距離和長距離發射器。LED 發射器有標準和高功率 LED 發射器可供選擇。發射器的正確選擇取決于所使用的光纖類型。選擇這些發射器時，需要關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：大多數網絡使用單模或多模光纖或兩者兼而有之。大多數多模光纖的損耗因數為 2.5 (@850nm) 和 0.8 (@1300 nm) dB/km。與此相反，單模光纖的損耗因數為 0.25 (@1550nm) 和 0.35 (@1310nm) dB/km。單模光纖與激光發射器兼容，可提供短距離和長距離類型。多模光纖通常與 LED 發射器集成，因為由于缺乏能量，它們的傳輸距離不會超過 1 公里。高功率 LED 發射器與單模光纖一起使用。
光纖損耗系數：損耗系數通常由制造商定義，單位為 dB/公里。光纖損耗系數的計算可以簡單地計算為損耗系數×距離。該距離是光纜的總長度，而不僅僅是網絡的距離。
冗余量：這是一個廣義術語，涵蓋多個因素，例如接收器和發射器組件的老化、光纖老化、光纜的扭曲和彎曲、未來添加設備的范圍、為修復電纜斷裂而添加的接頭。一般來說，光纖損耗預算冗余量保持在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。機械接頭和熔斷接頭是光纜網絡中使用的兩種重要接頭類型。其中，機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。機械接頭的損耗通常被認為在每個連接器 0.1-1.5 dB 的范圍內，而在熔接接頭中，每個接頭的損耗為 0.1-0.5dB。由于損耗系數低，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。
如何計算光纖損耗
要計算光纖損耗，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 熔接數量
電纜衰減 (dB) = 最大電纜衰減系數 (dB/km) × 長度 ( km)
連接器損耗 (dB) = 連接器損耗容限 (dB) x 連接器對數
總損耗是光纖段中多個變量的總和。盡管了解了如何計算光纖損耗，但請記住這只是一個估計。根據不同因素，實際值可能會偏高或偏低，因此需要保持平衡。
例如，如果考慮 40 公里長的單模鏈路，在 1310nm 處有 5 個接頭和 2 個連接器對，則計算結果為：
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
計算表明，通過光纖鏈路傳輸至少需要 21dB 功率。設置網絡后，需要測量并驗證實際的鏈路損耗。這將有助于識別性能問題)。
減少網絡中光纖損耗的技巧
需要留出足夠的余量來適應隨著時間的推移性能下降。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。可以在光纖鏈路設計和安裝中進行以下一些更改，以最大程度地減少網絡中的光纖損耗。
確保在整個網絡中使用高質量的電纜。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。
熔接時盡量遵循環境和拼接要求。
確保使用干凈的連接器。
鋪設光纜時選擇最佳方法。
確保使用整個光盤進行配置。單張盤可達500米以上。這將有助于最大限度地減少關節數量。
需要安裝電氣、防雷、防機械和防腐蝕等環境因素保護。
盡量使用高質量的所有組件，包括電纜、連接器、發射器、媒體轉換器、交換機。這將幫助確保高性能并最大限度地減少網絡中的光纖損耗。
總結
在設計和設置光纖網絡時，解決光纖鏈路損耗非常重要。然而，解決這種損失還涉多個考慮因素。本文詳細討論了這些注意事項以及如何計算光纖損耗以及最大限度減少網絡中光纖損耗的技巧。盡管這些計算將幫助采取所有必要的措施來防止網絡中的光纖損耗，但安裝優質設備和電纜也同樣重要。
