單模和多模光纖的特點和應用

1、單模和多模光纖的特點和應用一、光纖結構光纖是光導纖維的簡稱，是一種新的光波導， 是光通信系統(tǒng)最普遍和最重要的傳輸媒質。它由單根玻璃纖芯、緊靠纖芯的包層、一次涂覆層以及套塑保護層組成。（光纖呈圓柱形，由纖芯、包層和涂覆層三部分組成。）纖芯和包層由兩種光學性能不同的介質構成，內部的介質對光的折射率比環(huán)繞它的介質的折射率高。包在外圍的覆蓋層就像不透明的物質一樣，防止了光線在穿插過程中從表面逸出。1. 纖芯位置 :位于光纖的中心部位，直徑：在 4- 50m，單模光纖的纖芯直徑為4- 10m , 多模光纖的纖芯直徑為 50m。纖芯的成分：含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅（如二氧化鍺， 五氧化二磷）作用是

2、適當提高纖芯對光的折射率，用于傳輸光信號。2. 包層位置 :位于纖芯的周圍直徑： 125m成分：是含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅。摻雜劑（如三氧化二硼）的作用：適當降低包層對光的折射率，使之略低于纖芯的折射率，即纖芯的折射率大于包層的折射率（這是光纖結構的關鍵），它使得光信號封閉在纖芯中傳輸。3. 光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層、緩沖層和二次涂覆層。一次涂覆層：一般使用丙烯酸醋、有機硅或硅橡膠材料；緩沖層：一般為性能良好的填充油膏；二次涂覆層：一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物。涂覆層的作用： 是保護光纖不受水汽侵蝕和機械擦傷，同時增加光纖的機械強度與可彎曲性，起著延長光纖壽命的作用。涂覆后

3、的光纖外徑約2. 5 mm。4. 光纖最重要的兩個傳輸特性損耗和色散是光纖最重要的兩個傳輸特性，它們直接影響光傳輸?shù)男阅堋?l) 光纖傳輸損耗：損耗是影響系統(tǒng)傳輸距離的重要因素之一，光纖自身的損耗主要有吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是因為光波在傳輸中有部分光能轉化為熱能；散射損耗是因為材料的折射率不均勻或有缺陷、光纖表面畸變或粗糙造成的。當然，在光纖通信系統(tǒng)中還存在非光纖自身原因的一些損耗，包括連接損耗、 彎曲損耗和微彎損耗等。這些損耗的大小將直接影響光纖傳輸距離的長短和中繼距離的選擇。(2) 光纖傳輸色散：色散是光脈沖信號在光纖中傳輸，到達輸出端時發(fā)生的時間上的展寬。產(chǎn)生的原因是光脈沖信號的不

4、同頻率成分、不同模式，在傳輸時因速度不同，到達終點所用的時間不同而引起的波形畸變。色散結果： 這種畸變使得通信質量下降，從而限制了通信容量和傳輸距離。二、光纖通信的工作窗口光纖損耗系數(shù)隨著波長而變化，為獲得低損耗特性，光纖通信選用波長范圍在800-1800nm，并稱 850nm(800-900nm）為短波長波段； 1300-1600nm為長波長波段， 主要有 1310nm和1550nm兩個窗口。實用的低損耗波長是：第一代系統(tǒng)，波長850nm，最低損耗 2. 5dB/km ，分貝（ dB）采用石英多模光纖；第二代系統(tǒng)，波長1310nm，最低損耗 0. 27dB/km,采用石英單模最低色散光纖；第

5、三代系統(tǒng)，波長1550nm，最低損耗 km，采用石英單模最低損耗與適應色散光纖。上述三個波長稱為三個工作窗口。三、光纖分類一、多模光纖當光纖的幾何尺寸遠大于光波波長時（約l m)，光纖傳輸?shù)倪^程中會存在一著幾十種乃至上百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。由于不同的傳播模式具有不同的傳播速度與相位，因此，經(jīng)過長距離傳輸會產(chǎn)生模式色散（經(jīng)過長距離傳輸后，會產(chǎn)生時延差，導致光脈沖變寬）。模式色散會使多模光纖的帶寬邊窄，降低傳輸容量，因此，多模光纖只適用于低速率、短距離的光纖通信，目前數(shù)據(jù)通信局域網(wǎng)大量采用多模光纖。( 一 ) 多模光纖的主要產(chǎn)品及應用性能如下表：產(chǎn)品名稱主要性能特點及應用125m多

6、模光纖（ A1b）低衰減和高帶寬，適用于千兆以太網(wǎng)（IEEE ）50/125 m多模光纖（ A1a）低衰減 , 高帶寬和優(yōu)異的抗彎曲性能，適用于千兆以太網(wǎng)（IEEE ）125m&50/125 m多模光纖850nm和 1300nm窗口優(yōu)化多模光纖，適用于千兆以太網(wǎng)（IEEE ）A1b/A1a（ OM1/OM2）125m&50/125 m彎曲不敏適用于工作窗口為850nm的 1&10&40&100 Gb/s 傳輸系統(tǒng)，傳輸距離可達感多模光纖 A1b/A1a150m、300m和 500m，光纖的最小彎曲半徑7.5mm。（ OM2/OM3/OM4）（二） A1類

7、多模光纖傳輸性能要求項目單位A1a（50/125 m）A1b（ 125m）850nm衰減系數(shù)dB/m850nm200-800160-800模式帶寬MHz· km1300nm200-1200200-1000數(shù)值孔徑±±零色散波長 0nm1295 0 13651295 0 1365零色散斜率 S01295 0 13652+( 0-1259)ps/(nm · km)1295 0 13651295 0 1365 (1458- 0)二、單模光纖當光纖的幾何尺寸較小，與光波長在同一數(shù)量級，如芯徑在4- 10m范圍，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全

8、部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。單模光纖避免了模式色散，適用于大容量長距離傳輸。（一）單模光纖分類：IEC60793-2 和 IEC 60793-2-50 中將單模光纖劃分為、B2、B4、B5、B6等類別， ITU-T也在、等建議中分別規(guī)范了各種單模光纖的定義和特性，而GB/T 9771 的各部分參照IEC 60793-2-50 和ITU-T 系列制訂。其對應關系在下表中總述。一種給定型號的單模光纖( 例如： B4) ，通過對模場直徑（也稱有效面積）、色散系數(shù)、色散曲線的斜率、截止波長等參數(shù)進行適配的最優(yōu)化，而獲得不同的應用方式。表 . 單模光纖的分類和定義GB/T 7常規(guī)命名ITU 分類名稱

9、主要特征以及 IEC 分類名稱零色散波長在1300nm 至 1324nm 之間，在非色散位移1310nm窗口性能最優(yōu)化，在 1550nm 窗口也能單模光纖兼容使用截止波長位移至1310nm至 1530nm之間，并且截止波長位在 1550nm 窗口性能最優(yōu)化。類光纖主要應用移單模光纖在海底光纜中，偶爾也可應用于陸地光纜中波長段擴展類光纖除性能與類光纖相似之外，還具有的非色散位1383nm水峰處較低的衰減， 從而也能在 1360nm移單模光纖至 1460nm窗口兼容使用零色散波長在1525nm 至 1575nm 之間，在色散位移單B2_a1550nm窗口性能最優(yōu)化。 為避免四波混頻效應模光纖B2_

10、b只有在低功率或可能的場合或固定信道時才可以采用復用頻道傳輸B4_c零色散波長在 1530nm至 1565nm波段之外，在非零色散位、B、CB4_d1550nm窗口性能最優(yōu)化， 并且截止波長可以轉移單模光纖B4_e移到 1310nm以上區(qū)域寬 波 長 段 光B5在 1460nm至 1625nm窗口性能最優(yōu)化，并且零傳輸用非零色散波長小于 1460nm色散位移單模光纖接入網(wǎng)用彎與類光纖兼容，但最小彎曲半徑為10mm 或B6_a1曲不敏感單7.5mm，適合在接入網(wǎng)中及室內使用。工作波B6_a2模光纖長在 1260nm1625nm接入網(wǎng)用彎不與類光纖兼容，但最小彎曲半徑為7.5mm或B6_b2曲不敏

11、感單5.0mm，適用于室內短距離的通信傳輸，工作B6_b3模光纖波長在 1310nm、 1550nm和 1625nm（二）幾種單模光纖的特點和應用l. G. 652標準單模光纖特點及應用零色散波長在1310nm附近。既可以使用在1310nm波長區(qū)域，也可以使用在1550nm波長區(qū)域。最佳工作波長在1310nm區(qū)域。當工作波長在m時，光纖色散很小，系統(tǒng)的傳輸距離只受光纖衰減所限制。光纖在 m波段的損耗較大；在m波段的損耗較小。光纖截止波長：cf 1250nm，光纜截止波長：cc 1260nm。模場直徑： 1310nm處的模場直徑是士。在 1550nm 處沒有具體規(guī)定， 但一般不大于10.3m。衰

12、減：衰減系數(shù)最大值在1310nm窗口，A級為 km, B級為 km;衰減系數(shù)最小值在1500nm窗口， A 級為 km, B 級為 km色散：零色散波長范圍是1300-1324nm。偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3ps/km2. G. 653 色散位移光纖特點及應用色散位移光纖在m色散為零， 不利于多信道的WDM傳輸，用的信道數(shù)較多時，信道間距較小，這時就會發(fā)生四波混頻（FWM）導致信道間發(fā)生串擾。如果光纖線路的色散為零， FWM（四波混頻）的干擾就會十分嚴重；如有微量色散，F(xiàn)WN干擾反而還會減少。光纖截止波長：c f<1250nm.模場直徑： 1550nm處的模場直徑是7. 8

13、-m士 0. 8 .衰減：衰減系數(shù)最大值在1310nm窗口， A 級為 km,B 級為 km,C 級為 0. 55dB/km偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3ps/km此種光纖除了在日本等國家干線網(wǎng)上有應用外，在我國干線網(wǎng)上幾乎沒有應用3. 截止波長位移光纖特點及應用零色散波長在1310nm附近，截止波長位移到較長的波長，所以該光纖也被稱為截止波長位移單模光纖。工作波長為m，在該波長附近上的衰減最小。零色散點在1300nm附近，但在1550nm窗口色散較大，約為17-20 ps/(nm2· km)光纖截止波長： 1350nm<c f<1600nm.模場直徑：1550

14、nm處的模場直徑是士0. 7 .。衰減：衰減系數(shù)最大值在1550 nm 窗口， A 級為 km, B 級為 0. 22dB/km 。色散：1550nm 色散系數(shù)最大值20 ps/(nm 2 · km); 1550nm零色散斜率最大值為ps/(nm 2 ·km)。偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3ps/km該種光纖主要應用于長距離數(shù)字傳輸系統(tǒng)。如海底纜。4.非零色散位移光纖特點及應用非零色散光纖實質上是一種改進的色散位移光纖，其零色散波長不在1. 55 m；在使用波長區(qū)域據(jù)有一非零的小色散值, 以抑制密集波分復用（DWDM）中四波混頻（FWM）效應最佳使用波長范圍在15

15、00-1600nm 區(qū)域。光纖截止波長：cf 1470nm，光纜截止波長：cc 1480nm。模場直徑：（）m士衰減：衰減系數(shù)最大值在1500nm窗口， A 級為 km, B 級為 kmC波段色散：非零色散區(qū)nm： 1530 min max 1565，非零色散區(qū)絕對值ps/(nm 2·km)： Dmin Dmax 10，Dmax Dmin ps/(nm 2· km);偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3ps/kmG. 655 非零色散光纖適用于通信網(wǎng)和其他通信設備，它特別適用于DWDM系統(tǒng)的傳輸。5. 接入網(wǎng)用彎曲不敏感單模光纖G657A與類光纖兼容，但最小彎曲半徑為10mm或，適合在接入網(wǎng)中及室內使用,G657B 不與類光纖兼容，但最小彎曲半徑為7.5mm或 5.0mm，適用于室內短距離的通信傳輸，工作波長在 1310nm、 1550nm和 1625nm。零色散波長在1310nm附近。既可以使用在1310nm波長區(qū)域，也可以使用在1550nm波長區(qū)域。最佳工作波長在1310nm區(qū)域。光纖截止波長：光纖截止波長未做規(guī)定，光纜截止波長：cc 1260nm。模場直徑： G657A:（）m 士G657B:）m 士衰減： B6 類單模光纖的衰減系數(shù)應符合下表規(guī)定表.B6