布线技巧(6)：光纤电缆

　　20世纪50年代，更多关于光纤视像传输的研究和发展，在医学界远程照明和观察仪器方面取得了成功。1996年，Charles Kao和George Hockham提出了通过玻璃纤维传输信息的设想，同时还意识到要实现该设想必须大幅度降低电缆损耗。

　　这就是改善纤维制造业中光纤损耗的开发驱动力，并且，目前我们的光纤损耗已经大大低于Charles Kao和George Hockham原先设定的目标了。

　　使用光纤维的优势

　　由于光纤本身低损耗、高带宽的属性，因此与铜电缆相比，它可以用于更远的距离。在数据网络中，在不使用中继器的前提下，该距离可以达到2公里。同时，光纤的重量轻、体积小非常适合应用在不适合使用铜电缆的地方，并且，通过使用多路器，一个光纤可以取代数以百计的铜电缆。这么一根小小的玻璃细丝真是令人大开眼界，但是数据产业真正受益的是它对Electro Magnetic Interference (EMI)的完全免疫，并且玻璃本身是一个非导电体。

　　由于光纤是一个非导电体，因此它可以用于必须电隔离的地方。比如，建筑之间需要交叉扎线以减少地电势的差异的铜电缆。同时，纤维对于危险环境不构成任何威胁，比如只要有火花便可能引起爆炸的化工厂。最后很重要的一点是安全问题;要想窃入光纤读取数字信号是非常非常困难的。

　　光纤结构

　　光纤电缆有很多种类，但在本文中我们的目的是探讨最常见的类型——62.5/125微米光纤保护束管。数字表示的是纤维芯和包裹层的直径，它是微米为测量单位的，即百万分之一米。

　　光纤保护束管电缆可以用于室内或户外，或两者兼用。户外电缆的束管通常填充了凝胶软管来防潮。电缆中的电线可以是任意的4到144数目。

　　经过多年发展，目前已经有各种不同尺寸的电线，但是目前在数字通信中最主要的三种尺寸是：50/125、62.5/125和8.3/125。在数据网络中，广泛应用的还是50/125和62.5/125微米多模电缆，但是，最近62.5更受到欢迎。这是相当不幸的，因为50/125已经被认为是千兆以太网应用更好的选择。

　　8.3/125微米是一个单模电缆，由于单模硬件的高昂花费，至今它都没有被广泛地应用到数据网络中。但是，情况开始有了一些改变。因为超过62.5/125光纤的千兆以太网长度限制已经减少到大约为220米，并且目前使用8.3/125可能是一些校园网络唯一的选择。衷心希望，这中转变能够带动单模光纤成本的下降。

　　单模和多模的区别

　　铜电缆的尺寸越大就意味着电阻越小，因此有更多的电流，但是光纤则正好相反。为了解释这个问题，我们首先需要了解光是如何在纤维芯中传播的。

　　光传播

　　光在光纤中的传播过程被称为“全内反射“(TIR);通过使用两种具备不同反射率的玻璃也可能实现这个过程。内芯有一个高反射率的指数而外覆层有一个低反射率的指数。这个反射的原理与你观察池塘是一样的。池塘中的水比空气的反射率指数高一些，因此如果你从一个小的角度观察池塘时，你将看到周围事物的一个反射，但是，如果你以一个垂直的角度观察时，你可能看到的是池塘的底部。

　　这两个视点之间的某个特定的角度下，光线不会在水面发生反射而是直接穿越空气/水的界面让你看到池塘的底部。多模光纤，顾名思义，表示有多种方式传播光线。该范围包括低位模式到高位模式。低位模式采取的是到达中间位置最直接路线的模式，而高位模式采取的是最长路线，因为它们是从一边到另外一边反弹前进的。

　　由于一个光脉冲的光线到远端的时间不尽相同，因此，这就造成了信号散射的效果。这就是所谓的摸态间波散(有时也称为差分模式时延，DMD)。为了解决这个问题，于是有了梯度型光纤。上面的例子中，在内芯和覆层上有一个明确的分界，而这里是在中心有高的反射率指数，并向边缘逐渐向低反射率指数减少。这样就减缓了低模传输速度，使光波到达远端的顺序更接近，从而减少了模态间的分散并改善了信号的形状。

　　单模光纤

　　哪种方式是去除模态间波散的最佳方式呢?很简单，那就是只允许一种模式的传播。因此一个较小的纤维芯意味着更高的带宽和更远的距离。就是这么简单。