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以太網的廣泛應用和升級，光纖通信已經逐漸成為局域網布線、以及FTTx網絡建設的重要組成部分。由于光纖對于電磁干擾免疫功率計的特性，使得我們可以不用再特別考慮類似電源箱、UPS等電磁輻射設備的位置設計，從而大大提高綜合布線的靈活性和效率。然而也正因如此，往往下意識地認為光纖布線非常簡單安全，而忽視了光纖鏈路故障可能引發(fā)的重大網絡問題。
需要指出的是，為了保證光信號遠距離、低損耗的傳輸，整條光纖鏈路必須滿足非?？量糖颐舾械奈锢項l件。任何細微的幾何形變或者輕微污染都會造成信號的巨大衰減，甚至中斷通信。在實際工作中，引起光纜鏈路故障的主要原因有：光纜過長、彎曲過渡、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.光纜過長
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時時刻刻都在發(fā)生著散射和被吸收。隨著制造原料和制造工藝的改進，如今的光纖已經將1970年每公里20dB的衰減減小到每公里1dB。同時，ISO11801、ANSI/TIA/EIA568B等標準化組織也對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。所以當光纖鏈路過長，就會造成整條鏈路的整體衰減超過了網絡設計的門限，導致通信質量的下降。在實際工作中，由于光鏈存在眾多盤線，所以光鏈路的長度往往大于實際通信節(jié)點的物理距離，稍不小心就會造成光鏈路過長。所以，在布線設計時要明確各段線路的長度設計，預防光纜過長。同時在布線施工完成后，通過儀表測量光鏈路的實際長度，如圖1所示(Flukenetworks公司的OptifiberTM能夠測量每段接線的長度，以方便在必要處修正鏈路)，以保證施工與設計的一致性。
圖1OptifiberTM光纖長度和連接圖
2.彎曲過度
光纜彎曲損耗和受壓損耗其本質都是由于光不滿足全內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，但當光纖彎曲到一定程度時，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包層成為輻射模向外泄漏損失掉，產生彎曲損耗。當光在彎曲部分中傳輸時，越靠近光纖外側傳輸速度就越大。當傳輸到某一位置時，其速度就會超過光速，傳導模變成輻射模產生損耗。當彎曲半徑過小時，由彎曲造成的損耗會變得非常明顯。所以，一般建議動態(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,
實際使用中，光纖中數據是沿直線傳播的，光纖保持不彎曲，數據就不會出現問題;如果彎一點，數據就開始溢出;如果把光纖緊緊纏繞成一個圈，就會徹底失去信號。所以，在布線施工時，要特別注意給走線預留充足的角度，例如沿著墻角、走廊、桌面稍微彎曲過渡，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濾掉，從而提高光線衰減測量時的穩(wěn)定性。圖2顯示了光信號在光纖中輻射模衰減的原理，以及經卷軸調制高次模的過程。
3.光纜受壓或斷裂
光纖受到不均勻應力的作用，例如受到壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產生微小不規(guī)則彎曲甚至斷裂，其結果是傳導模變換為輻射模而導致光能損耗。尤其，當斷裂發(fā)生在光纜內部時，從外表無法發(fā)現故障，但是在光纖斷裂處由于折射率發(fā)生突變，甚至會形成反射損耗，使光纖的信號質量相信就會大打折扣。此時，可以通過OTDR測試儀檢測發(fā)現光纖內部彎曲處或斷裂點。需要指出的是，在局域網布線中距離較短，所以對于OTDR測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的測試儀器。
需要指出的是，為了保證光信號遠距離、低損耗的傳輸，整條光纖鏈路必須滿足非?？量糖颐舾械奈锢項l件。任何細微的幾何形變或者輕微污染都會造成信號的巨大衰減，甚至中斷通信。在實際工作中，引起光纜鏈路故障的主要原因有：光纜過長、彎曲過渡、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.光纜過長
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時時刻刻都在發(fā)生著散射和被吸收。隨著制造原料和制造工藝的改進，如今的光纖已經將1970年每公里20dB的衰減減小到每公里1dB。同時，ISO11801、ANSI/TIA/EIA568B等標準化組織也對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。所以當光纖鏈路過長，就會造成整條鏈路的整體衰減超過了網絡設計的門限，導致通信質量的下降。在實際工作中，由于光鏈存在眾多盤線，所以光鏈路的長度往往大于實際通信節(jié)點的物理距離，稍不小心就會造成光鏈路過長。所以，在布線設計時要明確各段線路的長度設計，預防光纜過長。同時在布線施工完成后，通過儀表測量光鏈路的實際長度，如圖1所示(Flukenetworks公司的OptifiberTM能夠測量每段接線的長度，以方便在必要處修正鏈路)，以保證施工與設計的一致性。
圖1OptifiberTM光纖長度和連接圖
2.彎曲過度
光纜彎曲損耗和受壓損耗其本質都是由于光不滿足全內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，但當光纖彎曲到一定程度時，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包層成為輻射模向外泄漏損失掉，產生彎曲損耗。當光在彎曲部分中傳輸時，越靠近光纖外側傳輸速度就越大。當傳輸到某一位置時，其速度就會超過光速，傳導模變成輻射模產生損耗。當彎曲半徑過小時，由彎曲造成的損耗會變得非常明顯。所以，一般建議動態(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,
實際使用中，光纖中數據是沿直線傳播的，光纖保持不彎曲，數據就不會出現問題;如果彎一點，數據就開始溢出;如果把光纖緊緊纏繞成一個圈，就會徹底失去信號。所以，在布線施工時，要特別注意給走線預留充足的角度，例如沿著墻角、走廊、桌面稍微彎曲過渡，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濾掉，從而提高光線衰減測量時的穩(wěn)定性。圖2顯示了光信號在光纖中輻射模衰減的原理，以及經卷軸調制高次模的過程。
3.光纜受壓或斷裂
光纖受到不均勻應力的作用，例如受到壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產生微小不規(guī)則彎曲甚至斷裂，其結果是傳導模變換為輻射模而導致光能損耗。尤其，當斷裂發(fā)生在光纜內部時，從外表無法發(fā)現故障，但是在光纖斷裂處由于折射率發(fā)生突變，甚至會形成反射損耗，使光纖的信號質量相信就會大打折扣。此時，可以通過OTDR測試儀檢測發(fā)現光纖內部彎曲處或斷裂點。需要指出的是，在局域網布線中距離較短，所以對于OTDR測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的測試儀器。
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