光纖分類及比較(包括各種單模光纖色散及衰減特性)

1、 G654光纖特性（色散、衰減）光纖特性（色散、衰減） 問題講述流程問題講述流程1 光纖的分類及應用場合光纖的分類及應用場合2 光纖的色散特性光纖的色散特性3 光纖的衰減特性光纖的衰減特性4 對各種單模光纖特性的比較（給出對各種單模光纖特性的比較（給出G654光纖的特性）光纖的特性） 1 1 光纖的分類及應用場合光纖的分類及應用場合單模光纖的分類單模光纖的分類目前，光纖主要分為兩大類，單模光纖和多模光纖。按照ITU的規(guī)范，單模光纖的分類如下：多模光纖的分類：多模光纖的分類：從性能上講從性能上講A1A1類光纖比類光纖比A2A2，A3A3，A4A4光纖特性好的多。多模光纖主要用于光纖特性好的多。多

2、模光纖主要用于短距離的局域網、數據鏈路及傳感等方面。短距離的局域網、數據鏈路及傳感等方面。多模光纖的分類多模光纖的分類光纖纖芯包層模型Fibre coreFibre coreSiOSiO2 2+ GeO+ GeO2 2 10 10 mn n1 1 1.443 1.443SiOSiO2 2 Cladding Cladding 125 125 m2 2 m m n n2 2 1.44 1.44n1n2單模：8 10m多模：50m125m纖芯包層涂覆層護套層傳感器光纖傳感器光纖 保偏光纖保偏光纖 熊貓熊貓 領結領結 橢圓橢圓光敏光敏光纖光纖Photosensitive Fiber for Fiber

3、 Gratings 1 光纖的分類及應用場合光纖的分類及應用場合中繼光纜中繼光纜低損耗，寬帶寬；市內，城市間，長途海底光纜海底光纜低損耗，寬帶寬，高機械性能，高可靠性；海底用戶光纜用戶光纜高密度，寬帶寬，中低損耗；計算機網，光纖到戶局內光纜局內光纜體積小，重量輕，柔軟；局域網無金屬光纜無金屬光纜低損耗，抗電磁干擾；電力，石化，交通復合光纜復合光纜低損耗；電力.應應用用場場合合2 光纖的損耗（光纖的損耗（衰減）衰減）特性特性 光纖的損耗光纖的損耗（衰減）衰減）特性特性光波在光纖中傳輸時隨著傳輸距離的增加而光功光波在光纖中傳輸時隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗（也可叫傳率逐

4、漸下降，這就是光纖的傳輸損耗（也可叫傳輸衰減）。輸衰減）。形成光纖損耗的原因有很多，有來自形成光纖損耗的原因有很多，有來自光纖本身的光纖本身的損耗損耗（吸收損耗、散射損耗），也有光纖與光源（吸收損耗、散射損耗），也有光纖與光源的的耦合損耗耦合損耗以及光纖之間的以及光纖之間的連接損耗連接損耗，還有光纖，還有光纖彎曲損耗彎曲損耗以及以及纖芯與包層中的損耗纖芯與包層中的損耗。光纖本身損耗的分類光纖本身損耗的分類吸收損耗吸收損耗散射損耗散射損耗本征吸收損耗：本征吸收損耗：光波通過光纖材料時的損耗光波通過光纖材料時的損耗雜質吸收損耗：雜質吸收損耗：材料的不純凈以及工藝的不材料的不純凈以及工藝的不完善造成

5、的附加吸收損耗（過渡金屬離子吸完善造成的附加吸收損耗（過渡金屬離子吸收以及水的氫氧根離子的吸收）收以及水的氫氧根離子的吸收）線性散射損耗線性散射損耗非線性散射損耗非線性散射損耗（與石英光纖的振動激發(fā)態(tài)（與石英光纖的振動激發(fā)態(tài)有關）有關）瑞利散射：瑞利散射：光纖材料折射率光纖材料折射率隨機性變化引起隨機性變化引起材料不均勻引起的散射材料不均勻引起的散射光纖損耗光纖損耗（衰減）衰減）的定義的定義光纖衰減是對光信號在光纖中傳輸時能量損失的光纖衰減是對光信號在光纖中傳輸時能量損失的一種度量，單位為一種度量，單位為dB，在工作波長為，在工作波長為時的衰減時的衰減A定義為：定義為： p1、p2分別為光纖注

6、入端和輸出端的光功率。分別為光纖注入端和輸出端的光功率。（ dB與與dBm）)(lg10)(21dBppA= =l l 若光纖是均勻的，則還可以用單位長若光纖是均勻的，則還可以用單位長度的衰減即衰減系數度的衰減即衰減系數來表示：來表示： )/(lg101)(1)(21kmdBppLAL= = =l ll la a 光纖損耗光纖損耗（衰減）衰減）的定義的定義 3 光纖的色散光纖的色散特性特性光纖中的色光纖中的色散散光脈沖注入光纖后，長距離傳輸后脈光脈沖注入光纖后，長距離傳輸后脈沖的寬沖的寬度被展寬度被展寬z模間色散模間色散z材料色散材料色散z波導色散波導色散(waveguide dispersi

7、on)(waveguide dispersion) z偏振模色散偏振模色散光纖色散的分類光纖色散的分類:模間色散在多模多模光纖中，各個模式走不同的路徑，高階模走的路程長，低階模走的路程短，因此到達光纖終端的時間先后不同，造成脈沖展寬，如下圖所示。這種由于傳輸模由于傳輸模式引起的色散叫做模間色散式引起的色散叫做模間色散。（即使譜線很窄，模間色散也很大。）模間色散圖單模光纖中的色散 在單模光纖單模光纖中不存在多種模式，也就沒有模間色散，但脈沖展寬現象依然存在，這是由于光脈沖由于光脈沖信號有一定的頻譜寬度（光脈沖有不同的頻率成信號有一定的頻譜寬度（光脈沖有不同的頻率成分），不同工作波長的光信號在光纖

8、中將有不同分），不同工作波長的光信號在光纖中將有不同的傳播群速度，造成光脈沖的展寬。這種的傳播群速度，造成光脈沖的展寬。這種現象叫群速度色散群速度色散，它一般小于模間色散。其主要由材材料色散和波導色散料色散和波導色散所決定。單模光纖色散對信號的影響n材料色散由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，嚴格來說，并不是一個固定的常數，而是對不同的傳輸波長有不同的值。而光纖通信實際上用的光源發(fā)出的光，并不是只有理想的單一波長，而是有一定的波譜寬度。n當光在折射率n的為介質中傳播時，其速度v與空氣中的光速C之間的關系為： n v=C/n n 光的波長不同，折射率n就不同，光傳輸的速度也就不同。因此，

9、當把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖內傳輸時，光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變，到達終端時將產生時延差，從而引起脈沖波形展寬。 n由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產生全反射時，就可能有一部分光進入包層之內傳輸，另一部分在纖芯中傳輸。進入包層內的光在傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。由于纖芯和包層的折射率不同造成脈沖展寬的現象稱為波導色散。n光脈沖射入光纖后，由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同，所以到達終點的時間也不相同，從而出現脈沖展寬。具體來說，入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導引起的，由此產

10、生的脈沖展寬現象叫做波導色散。波導色散d虛反射面反射面穿透深度Z側向位移n2n1n2n1偏振模色散偏振模色散PMD 單模光纖只能傳輸一種基模的光?；嶋H上是由兩個偏振方向相互正交的模場HE11x和HE11y所組成。若單模光纖存在著不圓度、微彎力、應力等，HE11x和HE11y存在相位差，則合成光場是一個方向和瞬時幅度隨時間變化的非線性偏振，就會產生雙折射現象，即x和y方向的折射率不同。因傳播速度不等，模場的偏振方向將沿光纖的傳播方向隨機變化，從而會在光纖的輸出端產生偏振色散。通常小于0.5 ps/ km1/2色散補償技術色散補償技術 當前，發(fā)展比較成熟的、主流的色散補償技術主要當前，發(fā)展比較

11、成熟的、主流的色散補償技術主要是采用是采用色散補償光纖（色散補償光纖（DCF）來進行來進行色散補償色散補償。其主要。其主要技術是在每個（或幾個）光纖段的輸入或輸出端通過放技術是在每個（或幾個）光纖段的輸入或輸出端通過放置置DCF色散補償模塊（色散補償模塊（DCM），周期性地使光纖鏈路），周期性地使光纖鏈路上累積的色散接近零，從而可以使單信道上累積的色散接近零，從而可以使單信道1550nm外調外調制光纖干線的色散得到較好的補償。制光纖干線的色散得到較好的補償。 因此，對于超長距離的光纖傳輸，現有的色散補償因此，對于超長距離的光纖傳輸，現有的色散補償技術可以相對較好的解決色散問題，對于超遠距離的傳

12、技術可以相對較好的解決色散問題，對于超遠距離的傳輸，其首要考慮的因素是光纖的衰減特性。輸，其首要考慮的因素是光纖的衰減特性。4 4 對各種單模光纖特性的比較對各種單模光纖特性的比較1 ）G652光纖又被稱為光纖又被稱為標準單模光纖標準單模光纖，這種光纖是目前應用在，這種光纖是目前應用在1310nm窗口的最廣泛的零色散波長的單模光纖。窗口的最廣泛的零色散波長的單模光纖。2）其特點是當）其特點是當工作波長在工作波長在1310nm時，光纖的時，光纖的色散很小色散很小，約為，約為3.5ps/nm*km,系統(tǒng)的傳輸距離基本上只受光纖衰減所限制；但系統(tǒng)的傳輸距離基本上只受光纖衰減所限制；但在在1550nm

13、波段色散較大，約為波段色散較大，約為20ps/nm*km。3）這種光纖）這種光纖在在1310nm波段的損耗較大波段的損耗較大，約為，約為0.3-0.4db/km；在；在1550nm波段的損耗較小，約為：波段的損耗較小，約為：0.2-0.25db/km?；谝陨咸攸c，這種光纖應用在基于以上特點，這種光纖應用在1550nm波段的波段的2.5Gbps的干線的干線系統(tǒng)中，主要用于城域網。系統(tǒng)中，主要用于城域網。10Gbps系統(tǒng)色散受限距離為系統(tǒng)色散受限距離為34Km。且且G652+DCF方案升級擴容成本高。方案升級擴容成本高。波長色散系數D 1310nm 1550nm180色散系數D的單位： ps/n

14、m.kmG652色散曲線圖：色散曲線圖：1）針對標準單模光纖衰減和零色散在不同工作波長的特點，）針對標準單模光纖衰減和零色散在不同工作波長的特點，后來開發(fā)了一種后來開發(fā)了一種將零色散波長從將零色散波長從1310nm移到移到1550nm的的色散色散位移光纖位移光纖，ITU將這種光纖定義為將這種光纖定義為G653。進行色散位移進行色散位移后，后，這種光纖在這種光纖在1550nm波段的色散為波段的色散為0,此時此時零色散與低損耗工作零色散與低損耗工作在同一波長上在同一波長上。2）但是零色散不利于多信道）但是零色散不利于多信道WDM傳輸，因為當復用的信道傳輸，因為當復用的信道數較多時，信道間距較小，這

15、時就會產生一種稱為數較多時，信道間距較小，這時就會產生一種稱為四波混頻四波混頻（FWM）的非線性光學效應）的非線性光學效應，這種效應使兩個或三個傳輸，這種效應使兩個或三個傳輸波長混合，產生新的、有害的頻率分量，導致信道間發(fā)生串波長混合，產生新的、有害的頻率分量，導致信道間發(fā)生串擾。如果光纖線路的色散為零，擾。如果光纖線路的色散為零，FWM的干擾就會十分嚴重。的干擾就會十分嚴重。3）這種光纖適用）這種光纖適用10Gbps以上的單信道傳輸，但在波分復用以上的單信道傳輸，但在波分復用后會發(fā)生嚴重的后會發(fā)生嚴重的4波混頻現象，現已基本被淘汰。波混頻現象，現已基本被淘汰。1）G654光纖又稱為光纖又稱為

16、衰減最小光纖衰減最小光纖，這是一種應用于，這是一種應用于1550nm波段的波段的純石英芯單模光纖純石英芯單模光纖（普通的光纖纖芯要摻鍺），這種，這種光纖光纖在在1550nm波段衰減最小波段衰減最小，僅為僅為0.185dB/km。2）G654光纖在光纖在1310nm波段的色散為波段的色散為0，但在，但在1550nm處波段處波段色散較大，約為色散較大，約為17-20ps/nm*km.3)因因G654光纖光纖在在1550nm波段的衰減最小特性波段的衰減最小特性，結合較成熟的，結合較成熟的色散補償技術，該光纖原主要用于超長距離的的海底光纜。色散補償技術，該光纖原主要用于超長距離的的海底光纜。但在但在G655、G656成熟后，成熟后，G654光纖現也基本不用，屬于淘光纖現也基本不用，屬于淘汰產品。汰產品。1）G654光纖又稱為光纖又稱為非零色散光纖非零色散光纖，這是一種改進的色散位移，這是一種改進的色散位移光纖，其光纖，其零色散波長不在零色散波長不在1550nm處，而在處，而在1525nm或或1585nm處。處。2）零色散光纖同時削減了色散效應和四波混頻效應，所以非）零色散光纖同時削減了色散效應和四波混頻效應，所以非零色散光纖綜合了標準單模光纖和色散位移光纖，有比較好零