2023 SC&T 聖誕節 - 送給星星的祝福
今年的聖誕節，我們認識了來自台灣東部的自閉症照護機構，並與這些樂天的孩子們有了令人難忘的互動。
當今社會，光纖已成為一種廣泛應用於通訊、科技及工業等領域的重要技術。由於其具有高速傳輸、大頻寬、穩定性高等優點，成為了當代通訊技術的主流之一。
然而，由於光纖的特性往往較為抽象，且存在著一些常見的誤解，因此有必要對其進行深入的探討和解釋。本文將介紹光纖的各種特性，包含其運作的原理、模組、接頭、單模與多模的差異等，讓您清楚了解光纖特性，並依據你的需求做出器材與線材的選擇。
光纖的原理是什麼？
光可以解讀為數位或類比訊號，因此可以承載許多資訊。當光線經過光纖時，它會被反射在內部的殼層上，並穿過纖維核心向前傳播。光在光纖核心中前進的速度非常快，通常可達到光速的三分之二，因此資料可以極高的速率傳輸。
為了保證光信號的穩定性和清晰度，光纖通常需要在訊號傳輸的過程中進行訊號增強和校正。這可以通過在光路上安裝光纖放大器等設備來實現。
總之，光纖利用光學原理傳輸訊號，並且可以實現高速、高效、穩定的通訊傳輸。
光纖材質與傳輸品質
光纖線內部的材質，可以分為以下兩種：
- 使用石英玻璃（二氧化矽）的玻璃光纖
- 使用 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PS（聚苯乙烯）的塑膠光纖
不管是何者在光纖市場中各自擁有不一樣的優勢，可根據自己的需求做選擇。
單模光纖與多模光纖
單模光纖（Single-mode fiber）和多模光纖（Multi-mode fiber）是光纖中最常用的兩種光纖類型。單模與多模差異主要在於光纖核心的直徑不同。
單模光纖
單模光纖的光纖核心通常只有 8 至 10 微米的直徑，僅能容納一束光線在光纖中傳輸，波長約為 1300nm~1550nm。這種設計使得光線可在單模光纖傳輸數十公里，但製造成本因為其精密程度高也相對昂貴。通常用於長距離的遠程通信和高速數據傳輸。
多模光纖（OM1~OM4）
相比之下，多模光纖線的核心直徑通常在 50 至 100 微米之間，可以容納多條光線同時傳輸，波長約為850nm~1300nm。直徑較大使得多模光纖成本較低，但也限制了其傳輸距離和速度。多模光纖可傳輸距離約為幾百公尺至數公里，當使用單模光纖線的成本過高時可考慮使用。
另外，多模光纖也依其核心直徑與有效頻寬分成 OM1、OM2、OM3、OM4。依傳輸距離排序，OM1 的傳輸距離約為 275 米，OM2 為 550 米，OM3 為 1000 米，OM4 為 1100 米。
光纖接頭種類
光纖接頭是使用者時常混淆的項目之一。由於光纖接頭規格太多且過於相像，導致使用者使用錯誤的接頭而無法正常使用光纖。以下根據設計、尺寸分析較常見的幾款光纖接頭：
LC 光纖接頭（Lucent Connector）
- 一種小型連接器，使用直徑為 1.25mm 的光纖套管。通常用於單模光纖應用。
SC 光纖接頭（Standard Connector）
- 一種使用直徑為 2.5mm 的光纖套管的連接器，常用於單模和多模應用。與 LC 相比較少見，但也是常見光纖線的使用接頭。
ST 光纖接頭（Straight Tip Connector）
- 一種使用卡式連接的連接器，通常用於多模應用。
FC 光纖接頭（Ferrule Connector）
- 跟 ST 相近，使用螺紋連接的連接器，通常用於單模應用。現今較為少見。
MTP/MPO 光纖接頭
- 一種多纖綫連接器，可以容納 12~24 根光纖。通常用於需要高速高頻寬的資料傳輸。
光纖模組－我需要多少頻寬？
支援使用光纖傳輸的設備通常都具備有光纖模組的插槽。光纖模組可以連接至傳輸設備上的電路板，主要功用為將接受／傳送的電訊號轉換為光訊號。
部分設備內建光纖模組，因此只能使用依照模組的種類進行安裝。通常可以自訂光纖模組的傳輸設備，可以從產品外觀上看到光纖模組插槽。
SFP 光纖模組系列（Small Form-Factor Pluggable）
- SFP：當今最常被使用的小型光纖模組，被使用來支援 100/1000Mbps 以太網路，最高速率可達 4~6Gbps。
- SFP+：是 SFP 的升級版本，體積仍然不變，但傳輸速率支援高達 10~16Gbps。雖說傳輸速率有所上升，但是犧牲了原有的傳輸距離。
- SFP28：第三代 SFP 模組。顧名思義，雖然尺寸與 SFP、SFP+ 相同，但最高傳輸速率來到了 28Gbps，被大部分使用者用於傳輸 25~28 Gbps 左右的數據。
以上 SFP 連接端有下列特點：
- 皆可以往舊版本相容，然而新版本無法用於舊版本的模組中。例如，您可以將 SFP 模組用於 SFP28 的連接端口中，反之則無法使用正常功能。
- 在設備上插拔 SFP 模組不需要將設備關閉，又稱為熱插拔（Hot-Swappable）功能。
- SFP 模組選擇時，也有不同的光纖接口，例如 SPF 光纖模組有分 LC、ST 等不同接頭，需要特別注意。
QSFP 光纖模組系列（Quad Small Form Factor Pluggable）
- QSFP+：Quad 意指四通道，支援 4x10Gbps ~ 4x14Gbps 的傳輸速率。
- QSFP28：QSFP28 如同 SFP28 般，每條通道皆支持 25~40 Gbps 的傳輸量，因此總傳輸量達到 100Gbps 以上。
- QSFP-DD：當前 QSFP 系列傳輸速率最高的模組。共有八個通道，一個通道約傳輸速率約為 25Gbps，總傳輸速率達 200~400G。
如同 SFP 系列，全部的連接端口都可向前兼容，且都支援熱插拔。
其他光纖模組
- GBIC（Gigabit Interface Converter）：支援最高 2G 左右的光纖模組。因為體積比起 SFP 更大，但傳輸能力沒有更佳，現今市場上已不太能見到 GBIC 的蹤影。
- XFP（10Gbp Small Form Factor Pluggable）：較 SFP 系列更大更長。所有 XFP 傳輸速率都為 10Gbps，支援熱插拔。
- CFP （Centum Form-factor Pluggable）：CFP 為因應 100 Gigabit 以太網而打造，他支持的傳輸速率從 40Gbps ~ 400Gbps 皆可使用。旗下分別又分 CFP、CFP2、CFP4、CFP8，可根據所選設備做挑選。
如何選擇光纖模組
模組的選擇根據以下兩者：
- 所需頻寬：
請根據需傳輸之資料量選擇相對應的模組。一般來說，傳輸量越高的模組價格也越高昂。
- 設備支援：
在您為設備接上模組時，請務必確認該設備支援之模組類型，因為每個模組可用之插槽截然不同，強行連接可能會導致設備產生問題。
光纖熔接方式 - 訊號的穩定性
光纖與光纖的連接面會對光纖訊號造成插入損失與反射損失兩種特性。不論是哪種對訊號的衰退皆有影響。
- 插入損失：當光信號跨越一個連接面所造成的損耗。
- 反射損失：光經歷該連接面（Contact）時被反射的光功率比例。
當光纖的連接面之間的研磨方式不同時，所造成的衰退也不同。
PC （Physical Contact）
PC 是最為直接的連接方式，理想上只需要將兩連接面的平面研磨接在一起即可。然而在現實面上完美的熔接平面並不存在，因水平度跟平整度無法做到絕對的零誤差。只適合用來傳輸多模光纖訊號。
UPC（Ultra Physical Contact）
PC 的改良熔接方式，將熔接面曲面化，讓最重要的核心熔接即可，可以大幅減少熔接面大且不平整所帶來的誤差，單模光纖訊號通過後也不會造成太多訊號衰退。用於單模光纖居多。
APC （Angled Physical Contact）
對於醫療、工業、能源監控等需要非常高穩定的訊號傳輸，APC 是最好的光纖面熔接方式。APC 使用 8 度的傾斜研磨面，基於光槓桿原理都將以 16 度進行反射，在這樣的條件下反射光將散失，不會影響到原本的光訊號。
光纖傳輸設備挑選注意事項
光纖類別的傳輸產品，有許多地方是需要搭配的，許多光纖傳輸設備並不會去指定模組、線材，因此要對應需求，去選擇正確的配件，才能讓傳輸萬無一失。我們將整理在挑選光纖設備/線材時需要注意的事項，給您參考。
- 從欲傳輸的訊號，選擇對應的設備，通常這些訊息會在產品品名中描述，如是要傳 HDMI、DP，是否需要鍵盤／滑鼠功能，或是單純傳輸 TCP/IP 網路訊號，每一種光纖延長器所傳輸的訊號內容都不一樣。
- 傳輸影像時，須注意畫質才能選擇傳輸頻寬，如一般來說，4K@60hz HDMI 傳輸，需要 18Gbps 的頻寬。對應所需的頻寬，再選擇正確的 SFP/SFP+ 模組，才能正確的傳輸資料。
- 所需要的距離，距離會直接影響選擇線材的種類。一般的光纖傳輸設備，會標註不同線材對應的距離，單模的距離會比多模長，在一般狀況下，如果需傳輸 1km 以上，可能就需要單模的線材；如果 1km 以下，則可以使用多模線材，但是也要看設備是否同時支援單模及多模傳輸。
- 注意設備所需要的接頭，光纖線材/設備的接頭多樣，以專業影音和監控來說，常用的為FC、SC、LC 等接頭，須看設備本身是否有內建接頭，或是預留模組安裝，如果設備本身僅預留模組安裝的位置，那就要注意所選擇的模組是否合乎您線材的接頭類型。
- 注意設備為單線或是雙線傳輸。
