光纤电缆(或光缆)是一种或多或少的柔性电缆,包含着一根或几根(有时甚至是数百根)的光纤。由于保护层(由聚合物或由金属制成)可防止过度弯曲和外部施加的应力而造成的损坏,因此光缆比裸光纤更坚固,当然光缆可保护玻璃纤维免受潮气。
不同光缆的优缺点:
- 简单的涂层光纤(尽管有涂层仍被称为裸光纤),其中单根玻璃纤维被聚合物涂层包围,聚合物涂层的直径通常为 250μm(纤维直径的两倍)。对于某些光学中的光纤,这种低级别的保护用一般就足够了;
- 紧缓冲光纤,其中较厚的聚合物缓冲层(外径为 900μm)保护光纤。缓冲器可以保护光纤避免过度弯曲,但对拉伸的作用不是很大。这种缓冲光纤可以集成到光缆中,特别是对室内的使用具有很好的保护如:黄色(清晰可见)厚聚合物层;
- 有时可以将一根或多根紧密缓冲的电缆包装成更大的电缆结构,来提供额外的保护,例如使用芳纶纱、撕裂绳和外护套(护套由 PVC 来制成),其中有一个强度元件,纤维围绕该中心强度元件置放。(拉动光纤时,应将它拉到加强件上,而不是在保护套上。)这种类型的部分光纤用作建筑物内的配线电缆,其他部分称为分支电缆或扇出电缆,这包含多根配线电缆中的单根光纤更坚固的小电缆;一般比配电电缆更大并更昂贵(光缆甚至包含数百根玻璃纤维);
- 两根单线光缆就可以组合成双工光缆——一般用于单独的光纤在两个方向上传输数据信号;
- 带状光缆包含多根并排的光纤(一般是12根),形成扁平带状的。多个色带可以放置在其他的顶部,该几何形状可以用高填充密度;
- 光纤束电缆包含大量较小的光纤,用于照明或成像应用,这样的光束可以是有序的(“相干的”)或无序的;
- 松套管型光缆,是由一根或多根涂层光纤松散地放置在半刚性塑料管中(空气中或在防潮凝胶中)。松套管(或多个松套管)周围可以有附加层,如:阻水包裹物和外护套(由一般有聚乙烯制成)。该结构还包含金属护套来提高机械强度。松套管光缆过度拉伸这会破坏玻璃纤维,所以松套管包含着一部分多余长度的光纤。通常情况下外部因素的影响很小,当然这有助于偏振模色散形成。这种保护对户外使用是足够了。然而,松套管电缆在连接方面不是很方便,是不适合安装在垂直管道中的;
- 铠装光纤电缆是具有额外的外铠装层来增强进一步的保护,它们适合直接埋在地、或架空布置、或在室外管道中;
- 海底电缆配备可用于淡水或盐水中,它们必须免受来自船锚或捕鱼设备等重机械应力的影响;
- 一些光缆包含特种光纤,如:有空心光子晶体光纤用于传输强超短光脉冲。
图 1:来自 Coherent 的光纤耦合二极管激光器的照片,具有不同种类的光纤电缆。
光缆的缺点:
- 对于室内电缆,防火安全是一个重要方面,而对于室外电缆,耐湿性和耐温性是一个重要的因素。特殊的架空/自承式电缆可以暴露在空气、风、阳光(悬挂在杆上),但必须保证有特别高的拉力和整体坚固性的特性,并且使用一些钢或芳纶纱。当然室外电缆不仅可以适应室内条件,但是不防火原因是不允许在室内使用的(或某些限制原因);
- 光缆的结构相对复杂,并针对强度、直径、重量、耐火性、成本和其他相关的特性应适当优化。例如:机械细节会对偏振模色散产生影响;
- 光缆的终端(末端)通常配备光纤连接器,这样简单的插入就和电缆一样。但是光纤连接通常比电气连接更为敏感,需要更复杂的程序和设备来维护或清洗它们;
- 可以使用各种类型的光纤跳线(跳线),它们以标准化的光纤连接器端接;
- 长距离电缆是通过连接多根电缆制成的,每根电缆都有几公里长。稳定的连接可以用拼接制成,特别是与熔接。
NEC光缆分类
- OFC电缆是导电(C)光纤电缆,即在加强结构中包含金属的电缆(不用于电气连接)。相比之下,OFN 电缆不导电,所以是绝缘体;
- 带有附加“R”(例如OFCR 或OFNR)的立管电缆用于建筑物不同层级(垂直竖井)之间的连接。它们经过优化,不同楼层之间的火势蔓延不一样;
- 带有附加“P”(例如,OFCP 或 OFNP)的压力通风电缆用于压力通风或空气处理空间——例如:用于沿着天花板或通风管道铺设的电缆。当暴露在火中时,它们不会产生过多的烟雾,并且还有阻燃性;
- 通用电缆标有“G”,例如 OFCG 或 OFNG。
上述代码并未规定所含光纤的光学特性;这些可以是任何类型的单模或多模光纤。
光缆规格的其他因素:
- 对于电信光纤,ITU制定了标准如“G.651.1”;它们满足此类规范;
- 光纤分布式数据接口 (FDDI) 是一种关于 LAN 光纤电缆的标准,但是由于高级铜缆的可用性提高,其传输速度非常有限,只有 100 Mbit/s 已经落时;
- 对于渐变折射率光纤,还有其他分类如 :OM1、OM2、OM3、OM4 和 OM5 ,它们涉及模间色散的残余水平。这限制了电缆的传输带宽(或带宽-距离乘积)。高性能是通过 OM4 50/125-μm 激光优化光纤实现的,具有非常精准控制的折射率分布;
- 有时,会实现的带宽-距离乘积(以 MHz·km 为单位);
- “50/125 微米”等规格表示纤芯和包层直径。纤芯直径的大值(数十微米)通常表示多模光纤;
- 传播损耗以dB为单位通常指定/公里(分贝每千米)。这些应用不会弯曲电缆,因此除了吸收和散射损耗外,只会发生一定程度的微弯损耗。
光缆的应用
光纤电缆常用于光纤通信。不仅大而且结实的电缆可用于陆地上数据传输,还可以桥接数千公里的距离(使用光纤放大器)。较小的光纤跳线可用于连接建筑物内光纤数据链路的组件。与数据电缆相比,光纤电缆的主要优势是巨大的传输带宽和低损耗(特别是1.5 微米波长范围内)的能力对抗电磁干扰并且完全是绝缘电缆。
如今,许多用于数据传输的光缆已经被铺设,但尚未使用或不被使用。因为当地下通道打开时,光纤埋入会便宜很多,人们喜欢没有风险的光缆使用在地面当中。
光缆中还有许多“暗光纤”,即(尚未)使用的光纤。它们可能会被保留以备将来所需。
在实验室和工业设置中,光纤电缆通常可以更方便地将光从光源传输到应用程序如:从高功率光纤激光器到汽车工厂的焊接机器人,或从光学采样头到测量仪器,对于低光功率的短距离传输,会经常使用到光纤跳线。
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