經過多年的發展，光纖網絡已逐漸普及，它憑借低電磁噪聲、高數據傳輸速率以及出色的安全性等優勢，在通信領域大放異彩。如今，在眾多工業應用場景中，傳統的銅網絡正逐漸被光纖網絡所取代。盡管光纖設備的獲取已變得相對容易，但網絡的設計卻并非易事。為確保網絡的整體完整性和性能，我們需解決一系列關鍵因素。
其中，光纖損耗作為鋪設光纖網絡時常被忽視的因素，很大程度上源于工程師對此缺乏足夠的了解。光纖損耗，即信號在傳輸過程中的損耗，它直接影響著傳輸的可靠性。因此，準確計算光纖損耗并采取相應措施至關重要。接下來，我們將分享一些計算光纖損耗的見解，并探討如何有效減少網絡中的光纖損耗，以提升整體性能。
光纖損耗時要考慮的重要因素
光纖系統設計并不是一件容易的事，而是一個平衡的行為，應該解決所有可能導致損耗的系統因素。光纖損耗是由一系列內在和外在因素引起的。光纖損耗或信號損耗，也稱為光纖衰減，是由單模和多模光纖的內在和外在特性引起的。如果想要知道如何計算網絡中的光纖損耗，就要解決這些因素。
以下是計算光纖損耗預算時需要考慮的一些因素：
光纖損耗中的一小部分源自于光纖的彎曲現象，這通常是由于電纜處理不當所致。彎曲可分為兩種類型：宏彎曲和微彎曲。宏彎曲指的是電纜中較大的彎曲，而微彎曲則指的是那些微小的彎曲。
計算光纖損耗需要掌握的公式
減少網絡中光纖損耗的實用技巧
以下是計算光纖損耗預算時需要考慮的一些因素：
固有衰減損耗這一術語涵蓋了三種主要類型的損耗，它們分別是吸收損耗、散射損耗以及色散損耗。
散射損耗的產生，主要源于光纖成分波動、材料密度差異、制造過程中可能存在的缺陷以及結構上的微小不均勻性。這些變化通常在微觀層面上得以顯現，是導致散射損耗的關鍵因素。
而色散損耗，則表現為光信號在光纖傳輸過程中的失真現象。色散損耗可以分為模式內和模式間兩種類型。模式內色散主要是由于單模光纖中脈沖的擴展，這種擴展是由于傳播常數或折射率沿光纖長度的變化所致。相對地，模式間色散則是由于多模光纖中不同模式之間傳播速度的差異，導致的脈沖展寬現象。
吸收損耗，則是光纜中光損耗的另一重要原因。在光的傳輸過程中，光子會與光纖中的不同玻璃成分、金屬離子或電子發生相互作用。在這種相互作用中，光能被吸收并轉化為其他形式的能量，如熱能、波長雜質和分子共振等。
具體來說，50/125µm和6.25/125µm規格的多模光纖，在850納米波長下的本征衰減為3.5dB/km。而9µm的單模光纖，在1310納米和1550納米波長下的本征衰減分別為0.4 dB/Km和0.3 dB/Km。這些數據為我們提供了光纖性能的重要參考依據。
插入損耗，也被稱為連接器損耗，是指在光纖或傳輸線中插入設備時所產生的光功率損失。通常，工廠預組裝的單模連接器損耗大約在0.1至0.2dB之間，而現場端接的連接器損耗可能會達到0.2至1.0dB。相對而言，多模連接器的損耗范圍則在0.2至0.5dB之間。
在光纖網絡中，激光發射器和LED發射器是兩種至關重要的發射器類型。激光發射器根據使用距離的不同，分為低、中、高三種類型，即短距離、中距離和長距離發射器。而LED發射器則有標準和高功率兩種選擇。發射器的選擇需要根據所使用的光纖類型進行匹配，并且需要關注連接器處的光輸出因素，其中，-5dB是最常見的光輸出值。
在光纖類型的選擇上，大多數網絡會采用單模或多模光纖，或者兩者兼用。多模光纖的損耗因數通常在2.5dB/km（@850nm）和0.8dB/km（@1300nm）之間，而單模光纖的損耗因數則為0.25dB/km（@1550nm）和0.35dB/km（@1310nm）。單模光纖與激光發射器兼容，適用于各種距離類型。而多模光纖則常與LED發射器配合使用，但由于能量限制，其傳輸距離通常不超過1公里。值得注意的是，高功率LED發射器也可以與單模光纖一起使用。
光纖損耗系數是由制造商定義的，其單位為dB/公里。計算光纖損耗系數時，只需將損耗系數與光纜的總長度相乘即可。這里所說的長度并非僅指網絡距離，而是光纜的整體長度。
冗余量是一個涵蓋多個因素的廣義術語，包括接收器和發射器組件的老化、光纖老化、光纜的扭曲和彎曲、未來設備擴展的可能性以及為修復電纜斷裂而添加的接頭等。通常，光纖損耗預算的冗余量會保持在3至10dB之間。
光纖熔接是一種用于連接光纖兩端的技術，旨在確保通過電纜的光強度與單根光纖相當。在光纜網絡中，機械接頭和熔接接頭是兩種重要的接頭類型。機械接頭在光纖端部使用連接器組進行連接，而熔接接頭則是將光纖端部直接插接在一起。通常情況下，機械接頭的損耗在每個連接器0.1至1.5dB之間，而熔接接頭的損耗則為每個接頭0.1至0.5dB。由于熔接接頭的損耗系數較低，因此在實踐中更受歡迎。
光纖損耗中的一小部分源自于光纖的彎曲現象，這通常是由于電纜處理不當所致。彎曲可分為兩種類型：宏彎曲和微彎曲。宏彎曲指的是電纜中較大的彎曲，而微彎曲則指的是那些微小的彎曲。
這些公式將幫助我們綜合考慮多個因素，從而得出一個較為準確的損耗估計。
首先，總鏈路損耗是由熔接損耗、電纜衰減、連接器損耗以及安全冗余等多個因素共同決定的。具體來說：
熔接損耗 (dB) 是通過熔接損耗容限 (dB) 與熔接數量的乘積計算得出的。
電纜衰減 (dB) 則是最大電纜衰減系數 (dB/km) 與電纜長度的乘積。
連接器損耗 (dB) 則是連接器損耗容限 (dB) 與連接器對數的乘積。
請注意，雖然這些公式為我們提供了一個計算光纖損耗的框架，但實際損耗值可能會受到各種因素的影響而有所偏差。因此，在實際應用中，我們需要保持謹慎并適時調整估計值。
以一個具體的例子來說明這些公式的應用：假設我們有一個40公里長的單模鏈路，其中包含5個接頭和2個連接器對。根據公式計算：
電纜衰減 (dB) 為 40km 乘以 0.4 dB/km。
熔接損耗為 0.1dB/km 乘以 5。
連接器損耗為 0.75dB 乘以 2。
加上安全裕度3.0dB。
將這些數值相加，我們可以得到鏈路損耗的估計值。在這個例子中，通過光纖鏈路傳輸至少需要 21dB 的功率。當然，在設置網絡后，我們還需要實際測量并驗證鏈路損耗，以便及時發現并解決任何潛在的性能問題。
為確保網絡性能持久穩定，我們需要預留足夠的性能余量以應對隨時間推移可能出現的性能下降。這樣做能確保光的功率輸出始終保持在接收器靈敏度的有效范圍內。為了最大程度地減少網絡中的光纖損耗，我們可以在光纖鏈路的設計和安裝過程中采取以下措施：
首先，務必確保在整個網絡中選用高質量的電纜，并且這些電纜應具備相近的性能特點，以確保傳輸的一致性。
其次，嘗試使用經過認證的連接器，確保插入損耗低于0.3dB，同時附加損耗不超過0.2dB，以保障信號的完整性和清晰度。
在進行熔接操作時，需嚴格遵守環境及拼接要求，確保熔接質量，減少因熔接不當導致的損耗。
此外，保持連接器的清潔也至關重要，因為任何微小的污染都可能對信號傳輸造成影響。
在鋪設光纜時，選擇最佳的鋪設方法，避免不必要的彎曲和扭曲，以減少光纖損耗。
同時，盡量使用整盤光纜進行配置，單盤長度可達500米以上，這樣可以減少接頭數量，從而降低因接頭造成的損耗。
為確保網絡的穩定運行，還需安裝電氣、防雷、防機械和防腐蝕等環境因素的保護措施。
最后，選擇高質量的組件，包括電纜、連接器、發射器、媒體轉換器、交換機等，這些組件的性能將直接影響整個網絡的性能，高質量的組件有助于提升性能并最大限度地減少光纖損耗。
總的來說，設計和設置光纖網絡時，光纖鏈路損耗的解決至關重要。這涉及到多個方面的考慮因素。本文詳細探討了這些注意事項，以及計算光纖損耗的方法和減少光纖損耗的技巧。雖然通過計算我們可以采取必要措施預防光纖損耗，但安裝優質設備和電纜同樣不可或缺。
