什么是光缆

光纤电缆今天广泛用于传输数据。在 IT 的某些领域，它们已经完全取代了基于金属导体的传统通信线路。在必须长距离传输大量数据的情况下，光纤线路特别有效。

光缆的物理基础

光纤的物理原理是基于全反射原理。如果我们取两种折射率不同的介质 n₁ 和 n₂, 与 n₂<n₁ （例如，空气和玻璃或玻璃和透明塑料）并以 α 角向界面发送一束光，将发生两个事件。

从左上方（沿箭头方向）发射的光线（图中红色标记）将被部分折射，并将跟随折射率为 n 的介质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 进一步减小（图中的蓝色光束），则可以实现光束的折射部分实际上平行于界面“滑动”（蓝色虚线）。入射角的进一步减小（绿光以 β 角下降）将导致质的跳跃——折射部分将不存在。光束将从两种介质之间的界面完全反射。这个角度称为全反射角，现象本身称为全反射。当入射角进一步减小时也会观察到同样的情况。

光纤的构造

这是构建光纤的原理。它由两个具有不同光密度的同轴层组成。

如果光束以大于光反射角的角度进入光纤的开口端，它将完全从两种不同折射率的介质之间的接触边界反射，在每次“跳跃”处几乎没有衰减。

光纤的外部由塑料制成。内胆也可以用透明塑料做，然后可以弯成相当大的角度（甚至扭成一个环，进入里面的光还是会衰减从一端传到另一端，具体取决于光学特性）塑料和纤维的长度）。对于柔性不那么重要的长距离电缆，内芯通常由玻璃制成。这减少了衰减，降低了光纤的成本，但它对弯曲变得敏感。

为了增加光线路的容量，光纤以双模或多模版本生产。为此，纤芯横截面增加到 50 µm 或 62.5 µm（单模为 10 µm）。通过这种光导可以同时传输两个或更多个信号。

光传输线的这种结构具有某些缺点。其中之一是由每个信号的不同路径引起的光色散。他们已经学会了通过制造具有梯度（从中间到边缘变化）折射率的核心来对抗它。因此，校正了不同光束的路径。

具有多模光纤的电缆主要用于本地网络（在一栋建筑物内，一家公司等），而单模电缆则用于干线。

光纤线路的设计

光纤线传输由 LED 或激光器产生的光信号。在发射装置中产生电信号。最终设备还需要电脉冲形式的信号。因此，有必要将原始数据转换两次。光纤线路的简化图如图所示。

来自发射设备的信号被转换成光脉冲并通过光线路传输。发射端发射器的功率是有限的，因此补偿衰减的设备——光放大器、再生器或中继器——以一定的间隔放置在很长的线路上。在接收端，有另一个转换器将光信号转换为电信号。

光缆建设

为了组织光纤线路，将单根光纤用作光缆的一部分。它的结构取决于传输线的用途和铺设方法，但通常它包含几根带有单独保护涂层（防止划痕和机械损坏）的光纤。这种保护通常分两层进行——首先是复合外壳，然后在顶部额外涂上一层塑料或清漆。光纤被包裹在一个共同的护套中（类似于传统的电缆），这决定了电缆的应用，并根据线路在运行期间将受到的外部影响进行选择。

在铺设电缆桥架时，存在保护线路免受啮齿动物侵害的问题。在这种情况下，需要选择外护套用钢带或钢丝铠装加固的电缆。也使用玻璃纤维作为防止损坏的保护。

如果电缆敷设在管道中，则不需要加强壳。金属管可靠地保护小鼠和大鼠的牙齿。外护套可以做得更轻。这使得更容易在管道内收紧电缆。

如果将线路铺设在地下，则以金属丝铠装、防腐蚀保护或玻璃纤维棒的形式进行保护。这里，不仅对压缩而且对拉伸都提供高阻力。

如果电缆必须铺设在海上、穿过河流和其他水障碍、沼泽地等，则使用铝聚合物胶带进行额外保护。这样就实现了防止水渗透的安全性。

此外，整个护套内的许多电缆包含：

• 用于在外部机械影响和线路热伸长下为结构提供更大强度的钢筋；
• 填料 - 填充纤维和其他元素之间的空白区域的塑料线
• 动力棒（它们的目的是增加拉伸载荷）。

在大跨度中，线路悬挂在电缆上，但也有自支撑电缆。支撑金属电缆直接内置在护套中。

作为单独类型的光纤线路应该提到光纤跳线。这种电缆包含一根或两根光纤（单模或双模），封装在一个共同的护套中。电源线的两侧都配有连接器。这些电缆长度短，设计用于短距离连接设备或铺设机柜内通信。

光缆的优缺点

决定了这种通信线路广泛使用的光缆无疑具有以下优势：

• 高抗噪性——光信号不受家庭和工业电磁辐射的影响，线路本身不辐射（这使得未经授权访问传输的信息变得困难，并且不会产生电磁兼容性问题）；
• 接收端和发射端之间完全电流隔离；
• 低衰减 - 远低于电线；
• 使用寿命长；
• 高带宽。

在今天的现实中，电缆不会吸引金属窃贼也很重要。

光学并非没有缺点。首先是安装和连接的复杂性，需要特殊的设备、工具和材料，对线路安装和维护人员的技能提出了更高的要求。 FOCL 中的大多数故障都与安装错误有关，这些错误可能不会立即显现出来。最初，生产线本身的成本也很高，但技术的发展使这一劣势降低到具有竞争力的水平成为可能。

光通信线路在通信材料市场中占有重要地位。在可预见的未来，除非有技术突破，否则没有真正的替代方案可以替代它们。

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