項(xiàng)目二23單模光纖及其特性

光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主講人：林琪電話echnologyofopticalnetworkQQ：95252777目錄CONTENTS單模光纖概念及其特點(diǎn)01單模光纖傳輸條件02模場(chǎng)直徑03單模光纖種類04PARTONE單模光纖單模光纖的概念及其特點(diǎn)4在給定的波長上，只傳輸單一模式的光纖。時(shí)域上不存在模式間的時(shí)延差，因此信號(hào)在傳輸過程中展寬較小。頻域上單模光纖的帶寬一般都在幾十千兆赫（GHz）以上，比多模光纖寬很多，利于信號(hào)高碼速、長距離的傳輸。單模光纖也由纖芯和包層構(gòu)成，一般纖芯直徑2a＝5～10μm,包層直徑2b＝125μm。用得最普遍的是1550nm單模光纖，其折射率分布一般都采階躍型折射率分布。PARTTWO單模條件單模光纖傳輸條件6導(dǎo)波截止時(shí)所對(duì)應(yīng)的歸一化頻率稱為歸一化截止頻率Vc一種模式的光在光線中存在的條件就是V>VcVLP模精確模導(dǎo)模數(shù)量0-2.4052.405-3.8323.832-5.1365.136-5.520LP01LP11LP02,LP21LP31HE11HE21,TE01,TM01HE12,EH11,HE31HE41,EH21261216單模光纖傳輸條件7主模：光纖中的最低工作單模式，歸一化截止頻率最低。歸一化頻率為：除了主模以外，其它所有模式稱為高次模。第二個(gè)低的歸一化截止頻率值是2.40483，它所對(duì)應(yīng)的模式是LP11模，為第一高次模。單模光纖的單模傳輸條件為：

0<V<2.40483

單模光纖傳輸條件8對(duì)于一個(gè)確定的光信號(hào)波長，如果結(jié)構(gòu)參數(shù)V<2.405，則光纖中只有主模/基模存在。V=2.405→截止波長λc當(dāng)λ≤λc時(shí)，多模傳輸；當(dāng)λ＞λc時(shí)，單模傳輸。因?yàn)樗裕ㄟ^選材、尺寸可以控制V值。因?yàn)楣ぷ鞑ㄩLλ小，而a過小會(huì)給耦合連接帶來困難，所以一般選用弱導(dǎo)光纖（相對(duì)折射率差?。?。單模光纖傳輸條件99歸一化截止頻率為：對(duì)應(yīng)的截止波長表示為：用來判斷光纖是否單模工作：只有當(dāng)工作波長大于截止波長時(shí)，才能保證單模工作。單模光纖傳輸條件10例題：單模光纖：n1＝1.4675，n2＝1.4622，半徑為4μm。

求：1）該光纖的數(shù)值孔徑NA以及最大。2）計(jì)算截止波長。解：可以發(fā)現(xiàn)，單模光纖與多模光纖相比，要想將光源發(fā)出的一束光導(dǎo)入到單模光纖中要困難的多。因此在單模光纖中選擇激光二極管作為光源。而要保證單模傳輸必須使傳輸?shù)牟ㄩL大于PARTTHREE模場(chǎng)直徑單模光纖模場(chǎng)直徑12從理論上講，單模光纖中只有基模傳輸，基模場(chǎng)強(qiáng)在光纖橫截面上的分布與光纖的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而模場(chǎng)直徑就是衡量光纖橫截面上一定場(chǎng)強(qiáng)范圍的物理量。ITU規(guī)定，在1310nm波長上，模場(chǎng)直徑的標(biāo)稱值應(yīng)當(dāng)在9～10μm范圍內(nèi)，容差為±1μm。模場(chǎng)半徑有時(shí)又稱為光斑尺寸，與光纖的歸一化頻率有關(guān)，歸一化頻率越大，則限制在光纖纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?hào)功率越大。

單模光纖模場(chǎng)直徑1313基模場(chǎng)強(qiáng)分布對(duì)于階躍折射率單模光纖，基模場(chǎng)強(qiáng)在光纖橫截面近似為高斯分布。通常將纖芯中場(chǎng)分布曲線最大值1/e處，所對(duì)應(yīng)的寬度定義為模場(chǎng)直徑,用MFD表示。

基模場(chǎng)強(qiáng)分布曲線示意圖E0/e，e=2.718282wg2aE0橫向場(chǎng)分布單模光纖模場(chǎng)直徑14單模光纖的重要參數(shù)

wg：模場(chǎng)半徑，相當(dāng)于光場(chǎng)幅度為最大值1/e倍對(duì)應(yīng)的半徑。

模場(chǎng)直徑(MFD)2wg：

高斯光場(chǎng)分布的1/e寬度；或者說MFD是指基模的光功率下降至中心(光纖軸r=0)最大光功率1/e2時(shí)，對(duì)應(yīng)的直徑，即對(duì)應(yīng)基模大部分光功率的直徑。單模光纖模場(chǎng)直徑1515單模光纖中光束強(qiáng)度分布制造商用模場(chǎng)直徑MFD描述單模光纖的參數(shù)，而不是纖芯直徑。單模光纖中典型的MFD和纖芯直徑大小分別為9.3m和8.3m。單模光纖模場(chǎng)直徑16單模光纖模場(chǎng)直徑，揭示出什么深刻含義嗎？PARTFOUR單模種類單模光纖的分類1818ITU-T(國際電信聯(lián)盟－電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu))建議規(guī)范了G.651、G.652、G.653、G.654和G.655其中后四種為單模光纖。（1）G.652光纖

G.652光纖，也稱常規(guī)單模光纖，是指色散零點(diǎn)（即色散為零的波長）在1310nm附近的光纖。

（2）G.653光纖

G.653光纖也稱色散位移光纖（DSF），是指色散零點(diǎn)在1550nm附近的光纖，它相對(duì)于G.652光纖，色散零點(diǎn)發(fā)生了移動(dòng)，所以叫色散位移光纖。單模光纖的分類1919（3）G.654光纖

G.654光纖是截止波長（大于1310nm）單模光纖。其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是降低1550nm的衰減，其零色散點(diǎn)仍然在1310nm附近，因而1550nm窗口的色散較高，為17~20ps/nm·km。G.654光纖主要應(yīng)用于海底光纖通信。（4）G.655光纖

由于G.653光纖的色散零點(diǎn)在1550nm附近，DWDM系統(tǒng)在零色散波長處工作易引起四波混頻效應(yīng)。為了避免該效應(yīng)，將色散零點(diǎn)的位置從1550nm附近移開一定波長數(shù)，使色散零點(diǎn)不在1550nm附近的DWDM工作波長范圍內(nèi)。這種光纖就是非零色散位移光纖（NDSF）。單模光纖的分類202020（5）G.651光纖

G.651光纖稱為漸變型多模光纖，這種光纖在光纖通信發(fā)展初期廣泛應(yīng)用于中小容量、中短距離的通信系統(tǒng)中。G.653光纖是為了優(yōu)化1550nm窗口的色散性能而設(shè)計(jì)的，但它也可以用于1310nm窗口的傳輸。由于G.654光纖和G.655光纖