光纖

光纖

透過光纖進行光學資料傳輸存在大量優勢。允許以 40 GBit/s 以內的高資料速率傳輸數公里,不會影響並行鋪設的線路,同時不易受到電池影響。不同的纖維類型(POF、PCF、GOF)和纖維類別 OM1 至 OM5 以及 OS2 允許按照特殊要求定制佈線方案。

光學資料傳輸的原理

光學資料傳輸的原理

光纖傳輸的優勢

光纖(英文名:Fiber Optics (FO))以光的形式遠距離傳輸資料。為此,將發射器處的電訊號轉換為光訊號,然後透過塑膠或玻璃纖維傳送到接收器。在接收器這裡將傳輸的光訊號重新轉換為電訊號,並對其進行分析和進一步處理。相對於銅芯電纜,這類電纜和電線的重量和横截面最多可減少 90%,但是傳輸路徑卻更遠,資料速率最高可達到 40 GBit/s,甚至還能更快。同時,因為這種傳輸方式不使用金屬,能夠完全不受 EMC 和靜電放電的干擾影響,因此無需複雜的遮罩方案。
這種無源接線方式所使用的材料和相關成本通常都低於銅纜接線。另外,具有高訊號密度的大傳輸帶寬使得可以在同一光纖上傳輸具有不同波長的多個訊號(多路技術)。

電腦中心的資料傳輸

玻璃纖維佈線最佳化了電腦中心的資料傳輸

應用中的光纖

無論是短距離、中距離,還是長距離;無論是速度低於 100 MBit/s,還是高達 40 GBit/s;無論是用於匯流排結構,還是乙太網結構:我們都能提供合適的電纜,以實現工業自動化系統和工業半自動化系統的光纖資料傳輸需求。即使在惡劣條件下使用(比如用於風力發電廠),光纖都能可靠完成自身的任務。 應用範圍廣泛,無論是用於車輛技術和工業佈線,還是資料中心的局域網 (LAN),亦或是長途網路。在接線時,最為重要的就是選擇正確的纖維類型和類別。

光纖的纖芯和包層直徑

比較不同的纖芯和包層直徑

為每項應用提供適當的纖維

每類光纖都有各自的應用領域。纖維的外徑越小,纖維在裝配期間的絲線就越多。出於物理原因,纖芯直徑越小,資料速率就越大,傳輸距離就越遠。

__- 塑膠光纖 (POF):__POF 電纜的纖芯和包層 (Cladding) 均由塑膠製成。纖芯直径一般都是 980 µm,包層直徑一般是 1,000 µm。POF 電纜適合短距離傳輸,最遠可達 70 m,資料速率最高可達 100 MBit/s,可用於車輛技術中的接線或工業接線。考慮到纖維的耐用性和尺寸,可以在現場輕鬆裝配纖維。由於衰減和色散程度高,這類纖維不適合用於高資料速率和遠距離傳輸。

__- 光子晶體光纖 (PCF):__PCF 是由玻璃製成的塑膠包層光纖。這些電纜還有其他比較有名的名稱:PCS(塑膠石英光纖)、HCS(石英包層光纖)和 HPCF(塑膠包層光纖系列)。它們堅固耐用且易於裝配。PCF 纖維的纖芯直徑一般都是 200 µm,包層直徑為 230 µm,通常用於工業佈線,適合 300 m 以內的中等距離傳輸,資料速率大多數情況下 ≤ 100 MBit/s。其他應用領域有汽車行業、感測系統和醫療技術。

__- 玻璃光纖(GOF-多模式):__這種玻纖的纖芯由石英玻璃製成,包層則是由反射玻璃製成。這種多模式電纜的纖芯直徑為 50 µm 和 62.5 µm。由於直徑更大,在纖維入口處耦合的光能就越多,但是同時衰減會隨著纖維長度的增加而變大。因此,多模式纖維主要用於局域網 (LAN) 和電腦中心,其傳輸路徑最遠為 550 m,資料速率最高可達 10 GBit/s。

__- GOF-單模式__單模式纖維的纖芯直徑明顯小很多,大約為 8 µm。對於單模式纖維,需要區分纖芯直徑和模場直徑這兩個概念。模場直徑與波長息息相關。波長越長,模場直徑就越大。由於此類纖維只傳輸一種光模式,因此可以將大量功率饋入光纖並進行傳輸。在傳輸範圍內,這種纖維的衰減係數非常低。這種單模式纖維的低衰減和低色散構成了最佳前提條件,最遠可傳輸 50 km,資料速率最高可達到 40 GBit/s。

依據國際標準 ISO/IEC 11801 的規定,OM1、OM2、OM3、OM4 纖維類別針對的是多模式纖維,OS1 和 OS2 針對的是單模式纖維。這些類別了纖維的傳輸帶寬和衰減值。隨著傳輸帶寬不斷變大,產生了更多面向未來的類別,比如:OM5 針對高達 400 GBit/s 的傳輸速率。

光纖的衰減

導致光纖衰減的可能原因

光纖的損耗

衰減指的是光從發射器傳輸到接收器時發生的光功率損失。目標是將光能以盡可能小的衰減傳輸到接收器。需要區分某個具體位置上出現的衰減以及隨長度變化的衰減,即衰減係數。衰減係數以 1 km 光纖為基準。

  • 插損和耦合損耗: 在將光線從發射器耦合到纖維中時,在透過插接和熔接連接的傳輸途中,以及傳輸到接收器上時,都會出現這種現象。這類損耗的原因有很多。最常見的原因是連接器端面髒污。在一段鏈路中耦合不同直徑的纖芯會導致發生損耗。透過熔接實現的熔接連接,其衰減極低,低於 0.1 dB。纖維末端的縱向、横向和角度錯位也會導致衰減。端面上的刮痕和裂紋不僅會增加衰減,還能損壞耦合端面的對立面。組裝錯誤(例如:組裝期間在玻纖外側上開了一個槽口)也可能導致衰減,甚至之後導致纖維斷裂。

  • 弯曲損耗: 資料表中給出了光纖的最小弯曲半徑。低於這個數值就會發生損耗,衰減也隨之加劇。光束的一部分會從纖芯中逸出。長久以來,研發人員一直致力針對多模式和單模式領域、只能少量彎曲的 GOF 纖維。這些不易弯曲的纖維可以長期保持 10 mm 以內的弯曲半徑。IEC 60793-x 和 ITU-Tx 系列標準對這些纖維進行了國際化分類。其優勢在於可在比如樓宇、住宅和工業環境中的惡劣安裝條件下佈線。

  • 製造損耗: 用於製造光纖的材料以及製造工藝都會造成衰減。原因可能跟材料本身有關係,也可能是因為材料髒污。 在製造玻纖的時候,按照特定的波長範圍对其進行最佳化。在這些波長範圍內,衰減處於最低水平。各個波長所對應的衰減係數請參見資料表。最好在這些範圍內運行光纖。

光纖的色散

在從發射器傳輸到接收器的過程中,光訊號產生畸變

色散的影響

光纖的資料速率和傳輸帶寬還受到色散的限制。色散指的是光訊號產生畸變。在從發射器傳輸到接收器的過程中,訊號不僅幅度要減小,而且波形要展寬。如果兩個訊號疊加在一起,那麼接收器無法再識別這是一個還是兩個訊號。因此導致傳輸出錯。傳輸帶寬越大,鏈路越長,就越是需要注重低色散。對於長距離的單模式傳輸路徑,色散對於實現无差錯可靠傳輸品質至關重要。

菲尼克斯電氣的光纖產品組合

豐富多樣的光纖接線產品內容

基於光纖的資料佈線產品

菲尼克斯電氣為您提供廣泛的光纖接線產品組合。除了種類繁多的電流和適當的連接技術,該系列還提供設備連接、插線板以及用於 DIN 導軌的耦合器和配電器。

  • 傳輸速率高達 40 GBit/s
  • IP20、IP65/67 和 IP68 的解決方案
  • 適用於所有常見的纖維類型
  • 適用於所有常見的介面
  • 具有最高安全性,可抵禦電磁相容和靜電放電影響