引言
    在光线传输系统的设计过程中，第一步就是确定最适合于信号类型的发送器以及接收器。寻找合适系统的最佳方式就是比较数据表并咨询销售工程师，找到哪一种产品最满足系统的规范要求。一旦完成这些工作，下一个考虑就是选择光缆本身、所采用的光学连接器以及把这些连接器连接在一起的方法。
    这部分的系统设计并不是如此简单易懂，并且蕴涵大量的误解以及因缺乏经验导致的对复杂的对“玻璃碾磨”技术的恐惧。本文就是为了澄清关于光缆以及端接的若干错误概念。
    光缆的结构
    像铜缆一样，光缆具有许多物理变量，其结构包括：单一以及多导体结构；架空型以及直接掩埋型光缆；充气增压以及吊索光缆；能够承受严重的机械力、超耐用军用型战术光缆。当然，你选择哪一种光缆取决于具体的应用。
    然而，不论最终的外部结构如何，所有的光缆均包含一根或多根光纤。这些光纤由光缆独特的内部结构提供保护。目前所使用的两种最常见的保护方案就是在宽松的套管中装入纤细的光纤或者在光线外面覆盖一层紧裹的缓冲覆盖层。在宽松的方法中，光纤被装入内径大于光纤本身外径的塑料缓冲套管之中。这种套管有时被填充了一种硅凝胶体以防积聚湿气。
    因为光纤在套管内基本上是自由“浮动”的，作用在光缆外面的力通常抵达不到光纤。
    包含宽松套管光纤的光缆通常承受轴向类作用力(在牵引光缆通过管道时或在持续受到机械压力的空中架设的光缆上)的能力非常强。因为光纤不受到任何大的应力，配备宽松套管的光缆其光学衰减损耗低。
    在紧密结构的结构中，由塑料类材料构成的厚厚的覆盖层直接作用于光纤本身的外面。这就导致整个光纤的直径较小，这样的光缆更能够抵御形变或整个碰撞类外力的作用。然而，因为光纤不能自由地“浮动”，其抗张强度不大。一般来说，紧密结构光缆比宽松的光缆的重量更轻且更灵活，通常被用于要求不太高的应用，如建筑物内部或各个设备之间的互连。
 
    图1：宽松套管以及紧密结构光缆的基本结构图。
    正如从图中可见的那样，在所有的情形下，光纤/缓冲套管首先被装入一层合成纱线之中，如凯夫拉纤维之中以提高强度。PVC或类似材料制成的外套然后挤压上去，以保护光缆内部不受工作环境的破坏。在多根光纤的光缆中，常常还要加增强强度的材料成分。尽管大多数光缆完全由不导电的材料制成，但是，也有一些光缆采用钢带包裹的外套以提高抗腐蚀性，或者，采用金属强力材料成分，如钢线来满足空中架设光缆(电话杆上架设)的应用需要。此外，还有一些光缆具有嵌入式铜电线，被用来把电源传输到远端的电子设备。
 
    光纤
    不论是松缓冲或紧密结构的光缆，在任何光缆中所采用的实际玻璃光纤仅仅具有两种基本类型：1.用于短到中等距离(最多10公里)传输的多模光纤；2.一般用于距离超过10公里传输的单模光纤。通信级多模光纤通常具有50微米纤芯以及62.5微米纤芯这两种尺寸，后者是最常见的线芯。两种纤芯的外套直径均为125微米，并采用相同的连接器尺寸。单模光纤只有一种尺寸，纤芯直径为8-10微米，而外套直径为125微米。单模光纤的连接器与为多模光纤而设计的连接器不同，但是，正如我们稍后讨论中所述，它们在外形上看起来可以一样。

    图3：步长指数以及分级指数这两种光纤类型的结构图。 
    步长指数光纤的超纯玻璃纤芯外围覆盖一层具有较高折射指数的标准玻璃。这会造成光纤内部传播的光线不断地在纤芯壁之间反射，就像球通过管道反弹一样。另一方面，分级指数光纤像长镜头一样不断地向着光纤的中央反射(弯曲)光线。在分级指数光纤中，整个光纤由超纯玻璃制成。然而，在这两种类型的光线中，光线得到有效地收集，一般除了在远端之外不泄漏出去。
    光纤的损耗是因为在玻璃内部存在吸收、杂质以及机械张力的缘故，机械张力把光纤弯曲的角度过于尖锐，以至于光线实际上不能透过覆盖层的区域“逃逸出去”。此外，光纤的损耗取决于系统中所采用的光线的波长，因为玻璃对光线的吸收程度因波长而异。850纳米波长在短距离传输系统中最为常用，典型的光纤每公里具有4-5dB的损耗。1300纳米波长光纤的损耗降低为每公里3dB以下，而1550纳米波长光纤的损耗大约为1dB左右。因此，后两个波长显然被用于较长距离的传输系统。
    上述损耗与被传输的信号的频率或数据率无关。然而，有一个与频率(波长)有关的损耗因子，这归因于光线可以许多路径通过光纤。图4显示了通过步长指数光纤时展示的这种损耗机制。
 
图4 光的入射角度不同，则光路长度也不同
    直接通过光纤的光线路径，要比经由最大“反弹”的光线的路径要短。这意味着光线具有快速的上升时间脉冲，一些路径将导致光线抵达光纤末端比另外一些路径更快。这就会在光线脉冲的输出上升时间上导致拖尾效应或扩展效应，从而限制光纤容许的最大光线变化速度。因为数据通常以光脉冲的形式发射，这本质上就限制了光纤的最大数据率。光纤的扩展效应被表达为每公里MHz数。对于标准的62.5微米纤芯多模光纤来说，因其纤芯尺寸比被传输的光线的波长要大，它在850纳米波长光线上的带宽限制为160MHz，而在1300纳米波长光线上的带宽限制为500MHz。单模光纤因具有非常小的8微米纤芯直径，它在1300纳米波长光线上具有几千MHz的带宽限制。然而，对于大多数低频应用来说，因吸收造成的光线损耗将限制传输距离而不是造成脉冲扩展效应。
    光纤连接器
    因为实际传输光线的是光纤的纤细纤芯，光纤完全地与发射器中的发射管、接收器中的光电检测器以及在接合中的邻近光纤对准就至关重要。这是光学连接器的功能。因为光纤的尺寸小，光学连接器通常是具有高精度的器件，其容差在几千分之一英寸这个数量级。
    尽管可用的光纤连接器有许多，但是，目前最常用的光纤连接器就是如图5所示的ST类光纤连接器。在这种连接器中，一种紧密的引脚罩住实际光纤，而一种弹簧加载的机制把引脚压在配对的连接器(或电光器件)中的类似引脚上，并采用一种保护以及张力的方法减缓光缆的外套。ST连接器具有多模和单模光纤两种形式。这两种连接器之间的主要差异是中心引脚的精度。因为这种差异不容易注意到，所以，要小心选用正确的连接器。尽管单模连接器可以跟多模发射器以及检测器良好地配合，但是，专门为多模光纤而设计的，如ST类3连接器却不能(或完全不能)在单模系统中工作。
 
图5  ST型光连接器    
    传统的光缆光纤连接器的方法是采用工具剥离光缆的外套，这些工具与剥离光缆所采用的工具一样。完成这一步骤之后，要调节护套加强单元，并插入到不同的束缚索环或套子之中。对于宽松的套管的光纤，缓冲套管然后要被剥离以暴露实际的光纤。对于紧密结构光纤，要采用精密的脱模工具，看起来就像小型剥线钳，用来剥离缓冲覆膜。这个过程，直到这一步骤仍然类似于准备铜线的过程。与铜线相比，只有当光纤裸露时才能看见差异。现在，被剥离的光纤被覆盖一层快干环氧树脂并被精密地插入到连接器引脚的插孔或凹槽之中。
    然后，张力减缓组件被组装，这时就准备好了最终完成的基本连接器。在这一点，裸露光纤的一端从连接器引脚前突出。该引脚由专用工具安装，然后，被用于劈开或切开与引脚一端齐平的纤细玻璃光纤。这个过程可能要花一秒或两秒时间。下一步，连接器被安装在小型的夹具之中，并碾过两或三级细研磨薄膜，相当于经过超细砂纸的研磨。这就完成了光纤的抛光，而光纤连接器也准备就绪供使用。整个任务(不包括5分钟的环氧树脂干燥时间)为每个连接器5-10分钟时间，取决于个人的专业技能水平。
    许多人不大相信光纤的对准，因为他们听说过“研磨以及抛光玻璃存在的问题”。如果你认识到“研磨以及抛光”仅仅花1分钟时间，并且整个过程采用简单的夹具就可以完成时，那种神秘感旋即烟消云散。实际上，与安装老式的BNC光缆相比，安装ST类光纤连接器的要求一点也不高。只要你完全熟悉这个过程(大约花30分钟或一个小时就能学会)，那么，连接器安装过程要等待的最长的时间就是环氧树脂干燥所需要的时间。
 
图6 光纤连接器安装的典型步骤
    然而，人们依然存在疑虑。因此，若干连接器制造商制造了所谓的“快速卷曲”光纤连接器。这些器件采用各种机械夹具排列进行安装，并且是热熔或速溶粘结粘合剂(或者，根本没有化学粘合剂)。在这些连接器当中，甚至有些配备了预先抛光的光纤尖端，因此，完全不需要采取抛光步骤。尽管这对于安装来说有点容易，但是，原始的“环氧树脂抛光”方法的确不是每一个人应该害怕的。图6显示了安装传统的ST连接器过程中的各个步骤。
    原则上讲，像SMA、SC以及FCPC这样的光线连接器是类似的，均以紧公差尖端定位光纤，然后，以相同紧密的器件在另一端配对。的确，彼此之间配对的连接器只是在机械上存在差异。在任何情况下，光纤连接器制造商均为各自的连接器提供细节信息以及易于学习的、按部就班的安装步骤。