光纤网络传输中的光纤损耗是什么？

经过多年的发展，光纤网络已逐渐普及，它凭借低电磁噪声、高数据传输速率以及出色的安全性等优势，在通信领域大放异彩。如今，在众多工业应用场景中，传统的铜网络正逐渐被光纤网络所取代。尽管光纤设备的获取已变得相对容易，但网络的设计却并非易事。为确保网络的整体完整性和性能，我们需解决一系列关键因素。

其中，光纤损耗作为铺设光纤网络时常被忽视的因素，很大程度上源于工程师对此缺乏足够的了解。光纤损耗，即信号在传输过程中的损耗，它直接影响着传输的可靠性。因此，准确计算光纤损耗并采取相应措施至关重要。接下来，我们将分享一些计算光纤损耗的见解，并探讨如何有效减少网络中的光纤损耗，以提升整体性能。

光纤损耗时要考虑的重要因素

光纤系统设计并不是一件容易的事，而是一个平衡的行为，应该解决所有可能导致损耗的系统因素。光纤损耗是由一系列内在和外在因素引起的。光纤损耗或信号损耗，也称为光纤衰减，是由单模和多模光纤的内在和外在特性引起的。如果想要知道如何计算网络中的光纤损耗，就要解决这些因素。

以下是计算光纤损耗预算时需要考虑的一些因素：

固有衰减损耗这一术语涵盖了三种主要类型的损耗，它们分别是吸收损耗、散射损耗以及色散损耗。

散射损耗的产生，主要源于光纤成分波动、材料密度差异、制造过程中可能存在的缺陷以及结构上的微小不均匀性。这些变化通常在微观层面上得以显现，是导致散射损耗的关键因素。

而色散损耗，则表现为光信号在光纤传输过程中的失真现象。色散损耗可以分为模式内和模式间两种类型。模式内色散主要是由于单模光纤中脉冲的扩展，这种扩展是由于传播常数或折射率沿光纤长度的变化所致。相对地，模式间色散则是由于多模光纤中不同模式之间传播速度的差异，导致的脉冲展宽现象。

吸收损耗，则是光缆中光损耗的另一重要原因。在光的传输过程中，光子会与光纤中的不同玻璃成分、金属离子或电子发生相互作用。在这种相互作用中，光能被吸收并转化为其他形式的能量，如热能、波长杂质和分子共振等。

具体来说，50/125µm和6.25/125µm规格的多模光纤，在850纳米波长下的本征衰减为3.5dB/km。而9µm的单模光纤，在1310纳米和1550纳米波长下的本征衰减分别为0.4 dB/Km和0.3 dB/Km。这些数据为我们提供了光纤性能的重要参考依据。

插入损耗，也被称为连接器损耗，是指在光纤或传输线中插入设备时所产生的光功率损失。通常，工厂预组装的单模连接器损耗大约在0.1至0.2dB之间，而现场端接的连接器损耗可能会达到0.2至1.0dB。相对而言，多模连接器的损耗范围则在0.2至0.5dB之间。

在光纤网络中，激光发射器和LED发射器是两种至关重要的发射器类型。激光发射器根据使用距离的不同，分为低、中、高三种类型，即短距离、中距离和长距离发射器。而LED发射器则有标准和高功率两种选择。发射器的选择需要根据所使用的光纤类型进行匹配，并且需要关注连接器处的光输出因素，其中，-5dB是最常见的光输出值。

在光纤类型的选择上，大多数网络会采用单模或多模光纤，或者两者兼用。多模光纤的损耗因数通常在2.5dB/km（@850nm）和0.8dB/km（@1300nm）之间，而单模光纤的损耗因数则为0.25dB/km（@1550nm）和0.35dB/km（@1310nm）。单模光纤与激光发射器兼容，适用于各种距离类型。而多模光纤则常与LED发射器配合使用，但由于能量限制，其传输距离通常不超过1公里。值得注意的是，高功率LED发射器也可以与单模光纤一起使用。

光纤损耗系数是由制造商定义的，其单位为dB/公里。计算光纤损耗系数时，只需将损耗系数与光缆的总长度相乘即可。这里所说的长度并非仅指网络距离，而是光缆的整体长度。

冗余量是一个涵盖多个因素的广义术语，包括接收器和发射器组件的老化、光纤老化、光缆的扭曲和弯曲、未来设备扩展的可能性以及为修复电缆断裂而添加的接头等。通常，光纤损耗预算的冗余量会保持在3至10dB之间。

光纤熔接是一种用于连接光纤两端的技术，旨在确保通过电缆的光强度与单根光纤相当。在光缆网络中，机械接头和熔接接头是两种重要的接头类型。机械接头在光纤端部使用连接器组进行连接，而熔接接头则是将光纤端部直接插接在一起。通常情况下，机械接头的损耗在每个连接器0.1至1.5dB之间，而熔接接头的损耗则为每个接头0.1至0.5dB。由于熔接接头的损耗系数较低，因此在实践中更受欢迎。

光纤损耗中的一小部分源自于光纤的弯曲现象，这通常是由于电缆处理不当所致。弯曲可分为两种类型：宏弯曲和微弯曲。宏弯曲指的是电缆中较大的弯曲，而微弯曲则指的是那些微小的弯曲。

计算光纤损耗需要掌握的公式

这些公式将帮助我们综合考虑多个因素，从而得出一个较为准确的损耗估计。

首先，总链路损耗是由熔接损耗、电缆衰减、连接器损耗以及安全冗余等多个因素共同决定的。具体来说：

熔接损耗 (dB) 是通过熔接损耗容限 (dB) 与熔接数量的乘积计算得出的。

电缆衰减 (dB) 则是最大电缆衰减系数 (dB/km) 与电缆长度的乘积。

连接器损耗 (dB) 则是连接器损耗容限 (dB) 与连接器对数的乘积。

请注意，虽然这些公式为我们提供了一个计算光纤损耗的框架，但实际损耗值可能会受到各种因素的影响而有所偏差。因此，在实际应用中，我们需要保持谨慎并适时调整估计值。

以一个具体的例子来说明这些公式的应用：假设我们有一个40公里长的单模链路，其中包含5个接头和2个连接器对。根据公式计算：

电缆衰减 (dB) 为 40km 乘以 0.4 dB/km。

熔接损耗为 0.1dB/km 乘以 5。

连接器损耗为 0.75dB 乘以 2。

加上安全裕度3.0dB。

将这些数值相加，我们可以得到链路损耗的估计值。在这个例子中，通过光纤链路传输至少需要 21dB 的功率。当然，在设置网络后，我们还需要实际测量并验证链路损耗，以便及时发现并解决任何潜在的性能问题。

减少网络中光纤损耗的实用技巧

为确保网络性能持久稳定，我们需要预留足够的性能余量以应对随时间推移可能出现的性能下降。这样做能确保光的功率输出始终保持在接收器灵敏度的有效范围内。为了最大程度地减少网络中的光纤损耗，我们可以在光纤链路的设计和安装过程中采取以下措施：

首先，务必确保在整个网络中选用高质量的电缆，并且这些电缆应具备相近的性能特点，以确保传输的一致性。

其次，尝试使用经过认证的连接器，确保插入损耗低于0.3dB，同时附加损耗不超过0.2dB，以保障信号的完整性和清晰度。

在进行熔接操作时，需严格遵守环境及拼接要求，确保熔接质量，减少因熔接不当导致的损耗。

此外，保持连接器的清洁也至关重要，因为任何微小的污染都可能对信号传输造成影响。

在铺设光缆时，选择最佳的铺设方法，避免不必要的弯曲和扭曲，以减少光纤损耗。

同时，尽量使用整盘光缆进行配置，单盘长度可达500米以上，这样可以减少接头数量，从而降低因接头造成的损耗。

为确保网络的稳定运行，还需安装电气、防雷、防机械和防腐蚀等环境因素的保护措施。

最后，选择高质量的组件，包括电缆、连接器、发射器、媒体转换器、交换机等，这些组件的性能将直接影响整个网络的性能，高质量的组件有助于提升性能并最大限度地减少光纤损耗。

总的来说，设计和设置光纤网络时，光纤链路损耗的解决至关重要。这涉及到多个方面的考虑因素。本文详细探讨了这些注意事项，以及计算光纤损耗的方法和减少光纤损耗的技巧。虽然通过计算我们可以采取必要措施预防光纤损耗，但安装优质设备和电缆同样不可或缺。