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1、单模和多模光纤的特点和应用一、光纤结构光纤是光导纤维的简称，是一种新的光波导，是光通信系统最普遍和最重要的传输媒质。它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯的包层、一次涂覆层以与套塑保护层组成。光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和涂覆层三局部组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。包在外围的覆盖层就像不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从外表逸出。1. 纤芯位置: 位于光纤的中心部位， 直径：在4-50m，单模光纤的纤芯直径为4-10m ,多模光纤的纤芯直径为50m。纤芯的成分：含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅如二氧化锗，五氧化二磷作用是适当提高纤芯对光的折
2、射率，用于传输光信号。2. 包层位置: 位于纤芯的周围直径：125m成分：是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。掺杂剂如三氧化二硼的作用：适当降低包层对光的折射率，使之略低于纤芯的折射率，即纤芯的折射率大于包层的折射率这是光纤结构的关键，它使得光信号封闭在纤芯中传输。3. 光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层：一般使用丙烯酸醋、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层：一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层：一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆层的作用：是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤外径约2. 5 mm 。4
3、. 光纤最重要的两个传输特性损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性，它们直接影响光传输的性能。(l)光纤传输损耗：损耗是影响系统传输距离的重要因素之一，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是因为光波在传输中有局部光能转化为热能；散射损耗是因为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤外表畸变或粗糙造成的。当然，在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因的一些损耗，包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗的大小将直接影响光纤传输距离的长短和中继距离的选择。(2)光纤传输色散：色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生的时间上的展宽。产生的原因是光脉冲信号的不同频率成分、不同模式，在传输时因速度
4、不同，到达终点所用的时间不同而引起的波形畸变。色散结果：这种畸变使得通信质量下降，从而限制了通信容量和传输距离。二、光纤通信的工作窗口光纤损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗特性，光纤通信选用波长X围在800 -1800nm，并称850nm(800-900nm为短波长波段；1300-1600nm为长波长波段，主要有1310nm和1550nm两个窗口。实用的低损耗波长是：第一代系统，波长850nm，最低损耗2. 5dB/km，分贝dB采用石英多模光纤；第二代系统，波长1310nm，最低损耗0. 27dB/km,采用石英单模最低色散光纤；第三代系统，波长1550nm，最低损耗0.16dB/km，采
5、用石英单模最低损耗与适应色散光纤。上述三个波长称为三个工作窗口。三、光纤分类一、多模光纤当光纤的几何尺寸远大于光波波长时约lm)，光纤传输的过程中会存在一着几十种乃至上百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。由于不同的传播模式具有不同的传播速度与相位，因此，经过长距离传输会产生模式色散经过长距离传输后，会产生时延差，导致光脉冲变宽。模式色散会使多模光纤的带宽边窄，降低传输容量，因此，多模光纤只适用于低速率、短距离的光纤通信，目前数据通信局域网大量采用多模光纤。(一) 多模光纤的主要产品与应用性能如下表：产品名称主要性能特点与应用m多模光纤A1b低衰减和高带宽，适用于千兆以太网IEEE 802.3
6、z50/125m多模光纤A1a低衰减,高带宽和优异的抗弯曲性能，适用于千兆以太网IEEE 802.3zm&50/125m多模光纤A1b/A1aOM1/OM2850nm和1300nm窗口优化多模光纤，适用于千兆以太网IEEE 802.3zm&50/125m弯曲不敏感多模光纤A1b/A1aOM2/OM3/OM4适用于工作窗口为850nm的1&10&40&100 Gb/s传输系统，传输距离可达150m、300m和500m，光纤的最小弯曲半径7.5mm。二A1类多模光纤传输性能要求项目单位A1a50/125mm衰减系数850nmdB/m1300nm模式带宽850nmMHzkm200-800160-80
7、01300nm200-1200200-1000数值孔径零色散波长0nm129501365129501365零色散斜率S0129501365129501365129501365ps/(nm2km)0.105+0.001(0-1259)0.001(1458-0)二、单模光纤当光纤的几何尺寸较小，与光波长在同一数量级，如芯径在4-10mX围，光纤只允许一种模式基模在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。单模光纤防止了模式色散，适用于大容量长距离传输。一单模光纤分类：IEC 60793-2和IEC 60793-2-50中将单模光纤划分为B1.1、B1.2、B1.3、B2、B4、B5、
8、B6等类别，ITU-T也在G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657等建议中分别规X了各种单模光纤的定义和特性，而GB/T 9771的各局部参照IEC 60793-2-50和ITU-T G.65x系列制订。其对应关系在下表中总述。一种给定型号的单模光纤(例如：B4)，通过对模场直径也称有效面积、色散系数、色散曲线的斜率、截止波长等参数进展适配的最优化，而获得不同的应用方式。常规命名7以与IEC分类名称ITU分类名称主要特征非色散位移单模光纤零色散波长在1300nm至1324nm之间，在1310nm窗口性能最优化，在1550nm窗口也能兼容使用截止波长位移单模光纤截止
9、波长位移至1310nm至1530nm之间，并且在1550nm窗口性能最优化。B1.2类光纤主要应用在海底光缆中，偶尔也可应用于陆地光缆中波长段扩展的非色散位移单模光纤B1.3类光纤除性能与B1.1类光纤相似之外，还具有1383nm水峰处较低的衰减，从而也能在1360nm至1460nm窗口兼容使用色散位移单模光纤B2_aB2_b零色散波长在1525nm至1575nm之间，在1550nm窗口性能最优化。为防止四波混频效应只有在低功率或可能的场合或固定信道时才可以采用复用频道传输非零色散位移单模光纤B4_cB4_dB4_e、B、C零色散波长在1530nm至1565nm波段之外，在1550nm窗口性能
10、最优化，并且截止波长可以转移到1310nm以上区域宽波长段光传输用非零色散位移单模光纤B5在1460nm至1625nm窗口性能最优化，并且零色散波长小于1460nm接入网用弯曲不敏感单模光纤B6_a1B6_a2与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为10mm或7.5mm，适合在接入网中与室内使用。工作波长在1260nm1625nm接入网用弯曲不敏感单模光纤B6_b2B6_b3不与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为7.5mm或5.0mm，适用于室内短距离的通信传输，工作波长在1310nm、1550nm和1625nm二几种单模光纤的特点和应用l. G. 652标准单模光纤特点与应用零色散波长在13
11、10nm附近。既可以使用在1310nm波长区域，也可以使用在1550nm波长区域。最优工作波长在1310nm区域。当工作波长在1.3m时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。光纤在1.3m波段的损耗较大；在1.55m波段的损耗较小。光纤截止波长：cf1250nm，光缆截止波长：cc1260nm。模场直径：1310nm处的模场直径是8.6-9.5m士0.7。在1550nm处没有具体规定，但一般不大于10. 3m。 ;衰减系数最小值在1500nm窗口，A级为0.22dB/km, B级为0.25dB/km 色散：零色散波长X围是1300-1324nm。偏振模色散PMD系数最大值：0. 3
12、ps/2. G. 653色散位移光纤特点与应用色散位移光纤在1.55m色散为零，不利于多信道的WDM传输，用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会发生四波混频FWM导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM四波混频的干扰就会十分严重；如有微量色散，FWN干扰反而还会减少。光纤截止波长：cf1250nm.模场直径：1550nm处的模场直径是7. 8- 8.5m士0. 8 .衰减：衰减系数最大值在1310nm窗口，A级为0.40dB/km,B级为0.45dB/km,C级为0. 55dB/km偏振模色散PMD系数最大值：0. 3ps/此种光纤除了在日本等国家干线网上有应用外，在我国干线网上几
13、乎没有应用零色散波长在1310nm附近，截止波长位移到较长的波长，所以该光纤也被称为截止波长位移单模光纤。工作波长为1.55m，在该波长附近上的衰减最小。零色散点在1300nm附近，但在1550nm窗口色散较大，约为17-20 ps/(nm2km) 光纤截止波长：1350nmcf1600nm.模场直径：1550nm处的模场直径是9.5-10.5m士0. 7 .。衰减：衰减系数最大值在1550 nm窗口，A级为0.19dB/km, B级为0. 22dB/km。色散：1550nm色散系数最大值20 ps/(nm2km) ps/(nm2km)。偏振模色散PMD系数最大值：0. 3ps/该种光纤主要应
14、用于长距离数字传输系统。如海底缆。非零色散光纤实质上是一种改良的色散位移光纤，其零色散波长不在1. 55m；在使用波长区域据有一非零的小色散值,以抑制密集波分复用DWDM中四波混频FWM效应最优使用波长X围在1500-1600nm区域。光纤截止波长：cf1470nm，光缆截止波长：cc1480nm。模场直径：8.0-11.0衰减：衰减系数最大值在1500nm窗口，A级为0.22dB/km, B级为0.25dB/kmC波段色散：非零色散区nm：1530minmax1565，非零色散区绝对值ps/(nm2km)DminDmax10，DmaxDminps/(nm2km);偏振模色散PMD系数最大值：
15、0. 3ps/G. 655非零色散光纤适用于通信网和其他通信设备，它特别适用于DWDM系统的传输。57接入网用弯曲不敏感单模光纤G657A与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为10mm或7.5mm，适合在接入网中与室内使用,G657B不与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为7.5mm或5.0mm，适用于室内短距离的通信传输，工作波长在1310nm、1550nm和1625nm。零色散波长在1310nm附近。既可以使用在1310nm波长区域，也可以使用在1550nm波长区域。最优工作波长在1310nm区域。光纤截止波长：光纤截止波长未做规定，光缆截止波长：cc1260nm。模场直径：G657A:8.6-9.5m士0.4-9.5m士0.4衰减：B6类单模光纤的衰减系数应符合下表规定光纤类型使用波长(nm)最大衰减值(dB/km)13101383315501625B6b131016251383315501625 色散：零色散波长X围是1300-1324nm。偏振模色散PMD系数最大值：0. 3ps/宏弯损耗：B6类单模光纤的宏弯损耗参数应符合下表规定。表. B6类单模光纤的宏弯特性 单位：dB条件技术指标弯曲半径 mm圈数B6aB6b1550nm1625nm1550nm1625nm15101011-
