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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(jí)，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(duì)于電磁干擾免疫功率計(jì)的特性，使得我們可以不用再特別考慮類(lèi)似電源箱、UPS等電磁輻射設(shè)備的位置設(shè)計(jì)，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(shí)地認(rèn)為光纖布線非常簡(jiǎn)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(wèn)題。
需要指出的是，為了保證光信號(hào)遠(yuǎn)距離、低損耗的傳輸，整條光纖鏈路必須滿足非?？量糖颐舾械奈锢?xiàng)l件。任何細(xì)微的幾何形變或者輕微污染都會(huì)造成信號(hào)的巨大衰減，甚至中斷通信。在實(shí)際工作中，引起光纜鏈路故障的主要原因有：光纜過(guò)長(zhǎng)、彎曲過(guò)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(guò)長(zhǎng)
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(hào)時(shí)時(shí)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(jìn)，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(shí)，ISO11801、ANSI/TIA/EIA568B等標(biāo)準(zhǔn)化組織也對(duì)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(guò)長(zhǎng)，就會(huì)造成整條鏈路的整體衰減超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的門(mén)限，導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降。在實(shí)際工作中，由于光鏈存在眾多盤(pán)線，所以光鏈路的長(zhǎng)度往往大于實(shí)際通信節(jié)點(diǎn)的物理距離，稍不小心就會(huì)造成光鏈路過(guò)長(zhǎng)。所以，在布線設(shè)計(jì)時(shí)要明確各段線路的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，預(yù)防光纜過(guò)長(zhǎng)。同時(shí)在布線施工完成后，通過(guò)儀表測(cè)量光鏈路的實(shí)際長(zhǎng)度，如圖1所示(Flukenetworks公司的OptifiberTM能夠測(cè)量每段接線的長(zhǎng)度，以方便在必要處修正鏈路)，以保證施工與設(shè)計(jì)的一致性。
圖1OptifiberTM光纖長(zhǎng)度和連接圖
2.彎曲過(guò)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(shí)，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(guò)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(shí)，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(shí)，其速度就會(huì)超過(guò)光速，傳導(dǎo)模變成輻射模產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑過(guò)小時(shí)，由彎曲造成的損耗會(huì)變得非常明顯。所以，一般建議動(dòng)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(shí)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(huì)出現(xiàn)問(wèn)題;如果彎一點(diǎn)，數(shù)據(jù)就開(kāi)始溢出;如果把光纖緊緊纏繞成一個(gè)圈，就會(huì)徹底失去信號(hào)。所以，在布線施工時(shí)，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(guò)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(guò)濾掉，從而提高光線衰減測(cè)量時(shí)的穩(wěn)定性。圖2顯示了光信號(hào)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(guò)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(shí)，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(shí)，從外表無(wú)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(hào)質(zhì)量相信就會(huì)大打折扣。此時(shí)，可以通過(guò)OTDR測(cè)試儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)光纖內(nèi)部彎曲處或斷裂點(diǎn)。需要指出的是，在局域網(wǎng)布線中距離較短，所以對(duì)于OTDR測(cè)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(cè)試儀器。
需要指出的是，為了保證光信號(hào)遠(yuǎn)距離、低損耗的傳輸，整條光纖鏈路必須滿足非?？量糖颐舾械奈锢?xiàng)l件。任何細(xì)微的幾何形變或者輕微污染都會(huì)造成信號(hào)的巨大衰減，甚至中斷通信。在實(shí)際工作中，引起光纜鏈路故障的主要原因有：光纜過(guò)長(zhǎng)、彎曲過(guò)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(guò)長(zhǎng)
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(hào)時(shí)時(shí)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(jìn)，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(shí)，ISO11801、ANSI/TIA/EIA568B等標(biāo)準(zhǔn)化組織也對(duì)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(guò)長(zhǎng)，就會(huì)造成整條鏈路的整體衰減超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的門(mén)限，導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降。在實(shí)際工作中，由于光鏈存在眾多盤(pán)線，所以光鏈路的長(zhǎng)度往往大于實(shí)際通信節(jié)點(diǎn)的物理距離，稍不小心就會(huì)造成光鏈路過(guò)長(zhǎng)。所以，在布線設(shè)計(jì)時(shí)要明確各段線路的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，預(yù)防光纜過(guò)長(zhǎng)。同時(shí)在布線施工完成后，通過(guò)儀表測(cè)量光鏈路的實(shí)際長(zhǎng)度，如圖1所示(Flukenetworks公司的OptifiberTM能夠測(cè)量每段接線的長(zhǎng)度，以方便在必要處修正鏈路)，以保證施工與設(shè)計(jì)的一致性。
圖1OptifiberTM光纖長(zhǎng)度和連接圖
2.彎曲過(guò)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(shí)，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(guò)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(shí)，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(shí)，其速度就會(huì)超過(guò)光速，傳導(dǎo)模變成輻射模產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑過(guò)小時(shí)，由彎曲造成的損耗會(huì)變得非常明顯。所以，一般建議動(dòng)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(shí)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(huì)出現(xiàn)問(wèn)題;如果彎一點(diǎn)，數(shù)據(jù)就開(kāi)始溢出;如果把光纖緊緊纏繞成一個(gè)圈，就會(huì)徹底失去信號(hào)。所以，在布線施工時(shí)，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(guò)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(guò)濾掉，從而提高光線衰減測(cè)量時(shí)的穩(wěn)定性。圖2顯示了光信號(hào)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(guò)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(shí)，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(shí)，從外表無(wú)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(hào)質(zhì)量相信就會(huì)大打折扣。此時(shí)，可以通過(guò)OTDR測(cè)試儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)光纖內(nèi)部彎曲處或斷裂點(diǎn)。需要指出的是，在局域網(wǎng)布線中距離較短，所以對(duì)于OTDR測(cè)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(cè)試儀器。
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