目錄

簡介

必要條件

需求

採用元件

慣例

什麼是分貝？

以10為底的對數規則

dB

分貝（毫瓦）(dBm)

分貝參考一瓦(dBW)

電源/電壓增益

光纖結構

光纖型別

波長

光功率

瞭解插入損耗

計算電源預算

相關資訊

簡介

本文是一些與光學技術有關的公式和重要資訊的快速參考。本文檔重點介紹分貝(dB)、分貝/毫瓦(dBm)、衰減和測量，並介紹光纖。

必要條件

需求

本文件沒有特定需求。

採用元件

本文件所述內容不限於特定軟體和硬體版本。

本文中的資訊是根據特定實驗室環境內的裝置所建立。文中使用到的所有裝置皆從已清除（預設）的組態來啟動。如果您的網路正在作用，請確保您已瞭解任何指令可能造成的影響。

慣例

如需文件慣例的詳細資訊，請參閱思科技術提示慣例。

什麼是分貝？

分貝(dB)是用來表示訊號強度的相對差異的單位。分貝表示為兩個訊號功率比值的以10為底的對數，如下所示：

dB = 10 x Log_10(P1/P2)

其中Log_10是以10為底的對數，P1和P2是要比較的冪。

註：Log_10不同於以Neparian對數（Ln或LN）為底的對數。

您還可以用dB表示訊號幅度。功率與訊號幅度的平方成正比。因此，dB表示為：

dB = 20 x Log_10(V1/V2)

其中V1和V2是要比較的振幅。

1 Bell（當前未使用）= Log_10(P1/P2)

1分貝(dB)= 1貝爾/10 = 10 *日志10(P1/P2)

dBr = dB（相對）= dB = 10 *日志10(P1/P2)

以10為底的對數規則

- Log_10(AxB)=日志10(A)+日志10(B)

- Log_10(A/B)=Log_10(A)-Log_10(B)

- Log_10(1/A)= — 日志10(A)

- Log_10(0,01)= — 日志10(100)= -2

- Log_10(0,1)= — 日志10(10)= - 1

- Log_10(1)= 0

- Log_10(2)= 0,3

- Log_10(4)= 0,6

- Log_10(10)= 1

- Log_10(20)= 1,3

Log_10(2 x 10)=Log_10(2)+Log_10(10)= 1 + 0,3

- Log_10(100)= 2

- Log_10(1000)= 3

- Log_10(10000)= 4

dB

下表列出了對數和dB（分貝）的功率比：

功率比

dB = 10 x Log10(功率比)

AxB

x dB = 10 x Log_10(A)+ 10 x Log_10(B)

A/B

x dB = 10 x Log_10(A)- 10 x Log_10(B)

1/A

x dB = + 10 x日志10(1/A)= - 10 x日志10(A)

0,01

- 20 dB = - 10 x日志10(100)

0,1

- 10 dB = 10 x Log_10(1)

1

0 dB = 10 x Log_10 (1)

2

3 dB = 10 x Log_10(2)

4

6 dB = 10 x Log_10(4)

10

10 dB = 10 x Log_10(10)

20

13 dB = 10 x(Log_10(10)+Log_10(2))

100

20 dB = 10 x Log_10(100)

1000

30 dB = 10 x Log_10(1000)

10000

40 dB = 10 x Log_10 (10000)

分貝（毫瓦）(dBm)

dBm = dB毫瓦= 10 x Log_10(功率(mW/1 mW))

電源

比率

dBm = 10 x Log_10(功率(mW/1 mW))

1毫瓦

1毫瓦/1毫瓦=1

0 dBm = 10 x Log_10(1)

2毫瓦

2毫瓦/1毫瓦=2

3 dBm = 10 x Log_10(2)

4毫瓦

4毫瓦/1毫瓦=4

6 dBm = 10 x Log_10(4)

10毫瓦

10 mW/1 mW=10

10 dBm = 10 x Log_10(10)

0,1瓦

100 mW/1 mW=100

20 dBm = 10 x Log_10(100)

1瓦

1000 mW/1 mW=1000

30 dBm = 10 x Log_10(1000)

10瓦

10000mW/1mW=10000

40 dBm = 10 x Log_10(10000)

分貝參考一瓦(dBW)

dBW = dB瓦特= 10 x Log10(功率（寬/1 W）)

電源

比率

dBm = 10 x Log_10(功率(mW/1 mW))

1瓦

1 W / 1 W = 1

0 dBW = 10 x Log_10(1)

2瓦

2 W / 1 W = 2

3 dBW = 10 x Log_10(2)

4瓦

4 W / 1 W = 4

6 dBW = 10 x Log_10(4)

10瓦

10 W / 1 W = 10

10 dBW = 10 x Log_10(10)

100千瓦

0,1 W / 1 W = 0,1

-10 dBW = -10 x Log_10(10)

10毫瓦

0,01 W / 1 W = 1/100

-20 dBW = -10 x Log_10 (100)

1毫瓦

0,001W/1W=1/1000

-30 dBW = -10 x Log_10(1000)

電源/電壓增益

下表比較了電源和電壓增益：

dB

功率比

電壓比

dB

功率比

電壓比

0

1,00

1,00

10

10,00

3,16

1

1,26

1,12

11

12,59

3,55

2

1,58

1,26

12

15,85

3,98

3

2,00

1,41

13

19,95

4,47

4

2,51

1,58

14

25,12

5,01

5

3,16

1,78

15

31,62

5,62

6

3,98

2,00

16

39,81

6,31

7

5,01

2,24

17

50,12

7,08

8

6,31

2,51

18

63,10

7,94

9

7,94

2,82

19

79,43

8,91

10

10,00

3,16

20

100,00

10,00

使用此資訊，您可以定義衰減和增益的公式：

衰減(dB)= 10 x Log 10（P輸入/輸出）= 20xLog_10（V輸入/輸出）

增益(dB)= 10 x Log10(P out/P in)= 20 x Log_10(V out/V in)

光纖結構

光纖是一種傳輸資訊的介質。光纖由二氧化矽基玻璃製成，由包層包圍的纖芯組成。光纖的中心部分稱為纖芯，其折射率為N1。圍繞芯的包層具有較低的N2折射率。當光進入光纖時，包層將光限制在纖芯上，並且光通過纖芯和包層邊界之間的內反射沿光纖向下傳播。

圖1 — 光纖結構

光纖型別

單模(SM)和多模(MM)光纖是當今生產和銷售的主流光纖。圖2提供了關於這兩種光纖型別的資訊。

圖2 - SM和MM光纖

波長

少量光被注入光纖。在電磁光譜中，這分為可見波長（從400nm到700nm）和近紅外波長（從700nm到1700nm）(請參見圖3)。

圖3 — 電磁頻譜

有四個特殊波長可用於低光損耗級別的光纖傳輸，下表列出了這些波長：

Windows

波長

損失

第1個波長

850奈米

每公里3dB

第2個波長

1310奈米

每公里0.4dB

第3個波長

1550nm（C波段）

每公里0.2dB

第4個波長

1625nm（L波段）

每公里0.2dB

光功率

為了測量光損耗，您可以使用兩個單位，即dBm和dB。當dBm是以毫瓦表示的實際功率水準時，dB（分貝）是功率之間的差異。

圖4 — 如何測量光功率

如果光輸入功率為P1(dBm)而光輸出功率為P2(dBm)，則功率損耗為P1 - P2 dB。要檢視輸入和輸出之間的功率損失量，請參閱此功率轉換表中的dB值：

dB

電源輸出佔電源輸入的百分比

電力損耗百分比

備註

1

79%

21%

-

2

63%

37%

-

3

50%

50%

1/2的電源

4

40%

60%

-

5

32%

68%

-

6

25%

75%

1/4的電源

7

20%

80%

1/5的電源

8

16%

84%

1/6的電源

9

12%

88%

1/8的電源

10

10%

90%

1/10的電源

11

8%

92%

1/12電源

12

6.3%

93.7%

1/16電源

13

5%

95%

1/20的功率

14

4%

96%

1/25電源

15

3.2%

96.8%

1/30的功率

例如，當直接線(LD)光輸入到光纖為0dBm，輸出功率為–15dBm時，光纖的光損耗計算如下：

Input   Output    Optical Loss

0dBm -  (-15dBm)  =15dB

在功率轉換表中，光損耗為15dB等於光功率損耗的96.8%。因此，在通過光纖傳輸時，只有3.2%的光功率得以保留。

瞭解插入損耗

在任何光纖互連中，都會發生一些損耗。聯結器或接頭的插入損耗是指將裝置插入系統時看到的功率差異。例如，取一段光纖並測量通過光纖的光功率。注意讀數(P1)。現在將光纖切成兩半，將光纖端接並連線，然後重新測量功率。注意第二讀數(P2)。第一讀數(P1)和第二讀數(P2)之間的差異是插入損耗，或者將聯結器插入線路時發生的光功率損耗。其計量為：

IL(dB)= 10 Log_10(P2 / P1)

關於插入損耗，您必須瞭解以下兩個重要事項：

- 指定的插入損耗適用於相同的光纖。

如果傳輸資料一端的纖芯直徑（或NA）大於接收資料光纖的NA，則會產生附加損耗。

Ldia = 10 Log_10(diar/diat)2

LNA = 10 Log_10(NAr/NAt)2

其中：

- Ldia =損耗直徑

- diar =直徑接收

- diat =直徑傳輸

- LNA =光纖損耗

菲涅耳反射可能會造成附加損失。當兩根光纖被分離使得折射率中存在不連續時，會發生上述現象。對於由空氣隙分隔的兩個玻璃纖維，菲涅耳反射為0.32 dB。

- 損失取決於發射。

插入損耗取決於發射，並接收接合的兩個光纖中的條件。在短時間發射中，光纖的包層和纖芯中都會攜帶過量的光能。經過一定距離後，這種多餘的能量將會丟失，直到光纖達到一個稱為平衡模式分佈(EMD)的狀態。在長時間的發射中，光纖已經達到EMD，因此多餘的能量已被剝離，並且不存在於聯結器上。

穿過互連的光纖到光纖結的光可能再次用過量的包層模式填充光纖。這些很快就被遺失了。這是短接收條件。如果測量短接收光纖的功率輸出，可以看到額外的能量。然而，額外的能量並沒有傳播到很遠的地方。因此，讀數不正確。同樣，如果接收光纖的長度足夠長以達到EMD，則插入損耗讀數可以更高，但它反映了實際應用條件。

您可以輕鬆模擬EMD（長時間啟動和接收）。為此，必須用心軸包住光纖五次。這樣去除包層模式。

計算電源預算

您可以粗略估計鏈路功率預算。為此，必須為每個光纖到光纖連線允許0.75 dB，並假設光纖損耗與光纖長度成正比。

對於包含三個接線板和62.5/125光纖且損耗為3.5 dB/km的100米跑道，總損耗為2.6 dB，如下所示：

光纖：100米為3.5 dB/km = 0.35 dB

配線面板1 = 0.75 dB

配線面板2 = 0.75 dB

配線面板3 = 0.75 dB

共計= 2.6 dB

所計量的虧損一般較少。例如，AMP SC聯結器的平均插入損耗為0.3 dB。在這種情況下，鏈路損耗僅為1.4 dB。無論您是以10 Mbps速度運行乙太網路，還是以155 Mbps速度運行ATM，損耗都是相同的。

光時域反射法(OTDR)是一種常用的光纖系統認證方法。OTDR向光纖中注入光，然後以圖形方式顯示所檢測的背反射光的結果。OTDR測量反射光的經過渡越時間，以計算到不同事件的距離。可視顯示器允許確定每單位長度的損耗、接頭和聯結器的評估以及故障位置。OTDR放大到連結某些部分的特寫圖片的特定位置。

雖然您可以使用功率計和訊號注入器進行許多鏈路認證和評估，但OTDR提供了強大的診斷工具來全面瞭解鏈路。但OTDR需要更多的培訓和一些技巧來解釋顯示屏。

相關資訊

- 光纖產品支援頁面

- 技術支援與文件 - Cisco Systems