单模和多模光纤的特点和应用.docx
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单模和多模光纤的特点和应用
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、一次涂覆层以及套塑保护层组成。
(光纤呈圆柱形,
由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。
)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表面逸出。
1.
纤芯
位置:
位于光纤的中心部位,
直径:
在4-50μm,单模光纤的纤芯直径为
4-10μm,多模光纤的纤芯直径为50μm。
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射率,用于传输光信号。
2.
包层
位置:
位于纤芯的周围
直径:
125μm
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2.5mm。
4.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部分光能转化为热能;散射损耗是因
为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的。
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,光纤通信选用波长范围在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lμm),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及应用性能如下表:
产品名称主要性能特点及应用
62.5/125μm多模光纤(A1b)低衰减和高带宽,适用于千兆以太网(IEEE802.3z)
50/125μm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(IEEE802.3z)
62.5/125μm&50/125μm多模
850nm和1300nm窗口优化多模光纤,适用于千兆以太网(IEEE802.3z)
光纤—A1b/A1a(OM1/OM2)
62.5/125μm&50/125μm弯曲
适用于工作窗口为850nm的1&10&40&100Gb/s传输系统,传输距离可达
不敏感多模光纤—A1b/A1a
150m、300m和500m,光纤的最小弯曲半径7.5mm。
(OM2/OM3/OM4)
(二)A1类多模光纤传输性能要求
项目
单位
A1a(50/125μm)
A1b(62.5/125μm)
850nm
2.4-3.5
2.8-3.5
衰减系数
dB/m
1300nm
0.55-1.5
0.6-1.5
850nm
200-800
160-800
模式带宽
MHz·km
1300nm
200-1200
200-1000
数值孔径
0.23±0.02
0.275±0.015
零色散波长λ0
nm
1295≤λ0≤1365
1295≤λ0≤1365
零色散斜率S0
1295≤λ0≤1365
ps/(nm2·km)
≤0.105+0.001(
λ0-1259)
≤0.11
1295≤λ0≤1365
1295≤λ0≤1365
≤0.001(1458-λ0)
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4-10μm范围,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
纤避免了模式色散,适用于大容量长距离传输。
(一)单模光纤分类:
IEC60793-2和IEC60793-2-50中将单模光纤划分为B1.1、B1.2、B1.3、B2、B4、B5、
B6等类别,ITU-T也在G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657等建议中分别规范了各
种单模光纤的定义和特性,而GB/T9771的各部分参照IEC60793-2-50和ITU-TG.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、截止波长等参数进行适配的最优化,而获得不同的应用方式。
表.单模光纤的分类和定义
GB/T9771.1~7
常规命名
ITU分类名称
主要特征
以及IEC分类名称
零色散波长在
1300nm至1324nm之间,在
非色散位移
G.652.A
B1.1
1310nm窗口性能最优化,在1550nm窗口也能
单模光纤
G.652.B
兼容使用
截止波长位移至
1310nm至1530nm之间,并且
G.654.A
截止波长位
B1.2_b
在1550nm窗口性能最优化。
B1.2类光纤主要
G.654.B
移单模光纤
B1.2_c
应用在海底光缆中,偶尔也可应用于陆地光缆
G.654.C
中
波长段扩展
B1.3类光纤除性能与B1.1类光纤相似之外,
G.652.C
的非色散位
B1.3
还具有1383nm水峰处较低的衰减,从而也能
G.652.D
移单模光纤
在1360nm至1460nm窗口兼容使用
零色散波长在
1525nm至1575nm之间,在
色散位移单
B2_a
G.653.A
1550nm窗口性能最优化。
为避免四波混频效应
模光纤
B2_b
G.653.B
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
B4_c
G.655.A、B、C
零色散波长在1530nm至1565nm波段之外,在
非零色散位
B4_d
G.655.D
1550nm窗口性能最优化,并且截止波长可以转
移单模光纤
B4_e
G.655.E
移到1310nm以上区域
宽波长段光
在1460nm至1625nm窗口性能最优化,并且零
传输用非零
B5
G.656
色散波长小于1460nm
色散位移单
模光纤
接入网用弯
与
B1.3
类光纤兼容,但最小弯曲半径为
10mm
B6_a1
G.657.A1
曲不敏感单
或7.5mm,适合在接入网中及室内使用。
工作
B6_a2
G.657.A2
模光纤
接入网用弯
波长在1260nm~1625nm
不与B1.3类光纤兼容,但最小弯曲半径为
B6_b2
G.657.B2
曲不敏感单
7.5mm或
5.0mm,适用于室内短距离的通信传
B6_b3
G.657.B3
模光纤
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标准单模光纤特点及应用
①零色散波长在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。
最佳工作波长在1310nm区域。
②当工作波长在1.3μm时,光纤色散很小,系统的传输距离只受光纤衰减所限制。
③光纤在1.3μm波段的损耗较大;在1.55μm波段的损耗较小。
④光纤截止波长:
λcf≤1250nm,光缆截止波长:
λcc≤1260nm。
⑤模场直径:
1310nm处的模场直径是8.6-9.5μm士0.7。
在1550nm处没有具体规定,
但一般不大于10.3μm。
⑥衰减:
衰减系数最大值在1310nm窗口,A级为0.36dB/km,B级为0.40dB/km;衰减系
数最小值在1500nm窗口,A级为0.22dB/km,B级为0.25dB/km
⑦色散:
零色散波长范围是1300-1324nm。
⑧偏振模色散(PMD)系数最大值:
0.3ps/km
2.G.653色散位移光纤特点及应用
色散位移光纤在1.55μm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。
①光纤截止波长:
λcf<1250nm.
②模场直径:
1550nm处的模场直径是
7.8-8.5
μm士
0.8.
③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
④偏振模色散(
PMD)系数最大值:
0.3ps/
km
此种光纤除了在日本等国家干线网上有应用外,在我国干线网上几乎没有应用
3.G.654截止波长位移光纤特点及应用
①零色散波长在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。
②工作波长为1.55μm,在该波长附近上的衰减最小。
③零色散点在1300nm附近,但在1550nm窗口色散较大,约为17-20ps/(nm2·km)
④光纤截止波长:
1350nm<λcf<1600nm.
⑤模场直径:
1550nm处的模场直径是
9.5-10.5
μm士
0.7.
。
⑥衰减:
衰减系数最大值在
1550nm窗口,
A级为
0.19dB/km,B
级为
0.22dB/km。
⑦色散:
1550nm色散系数最大值
20ps/(nm2·km);1550nm
零色散斜率最大值为
0.07
ps/(nm
2·km)。
⑧偏振模色散(PMD)系数最大值:
0.3ps/km
该种光纤主要应用于长距离数字传输系统。
如海底缆。
4.G.655非零色散位移光纤特点及应用
①非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤,其零色散波长不在
1.55μm;
②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
③最佳使用波长范围在1500-1600nm区域。
④光纤截止波长:
λcf≤1470nm,光缆截止波长:
λcc≤1480nm。
⑤模场直径:
(8.0-11.0)μm士0.7
⑥衰减:
衰减系数最大值在
1500nm窗口,
A级为
0.22dB/km,B
级为
0.25dB/km
⑦C波段色散:
非零色散区
nm:
1530≤λmin≤λmax≤1565,非零色散区绝对值
ps/(nm2·km):
1.0
≤Dmin≤Dmax≤10,Dmax-Dmin≤5.0ps/(nm2·km);
⑧偏振模色散(
PMD)系数最大值:
0.3ps/
km
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。
5.G.657接入网用弯曲不敏感单模光纤
①G657A与
B1.3
类光纤兼容,但最小弯曲半径为
10mm或
7.5mm,适合在接入网中及室
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。
②零色散波长在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。
最佳工作波长在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:
λcc≤1260nm。
④模场直径:
G657A:
(8.6-9.5)μm士0.4
G657B:
(6.3-9.5)μm士0.4
⑤衰减:
B6类单模光纤的衰减系数应符合下表规定
表.B6类单模光纤的衰减系数
光纤类型
使用波长(nm)
最大衰减值(dB/km)
1310
0.38
1383±3
0.38
B1.3和B6a
1550
0.24
1625
0.28
1310~1625
0.5
1383±3
0.5
B6b
1550
0.3
1625
0.4
⑥色散:
零色散波长范围是1300-1324nm。
⑦偏振模色散(PMD)系数最大值:
0.3ps/km
⑧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
B6a
B6b
弯曲半径mm
圈数
1550nm
1625nm
1550nm
1625nm
15
10
≤0.25
≤1.0
≤0.03
≤0.10
10
1
≤0.75
≤1.5
≤0.10
≤0.20
7.51--≤0.50≤1.00
二、在任何事情上都不要觉得自己受了多大的委屈,哭哭啼啼和别别扭扭改变不了糟糕的现状。
心子开一点,认真地该干啥干啥,反倒走得顺畅许多。
扛得住多少东西,最后就会得到多
少东西,大致就是这么个理儿吧。
三、生命本没有意义,你要能给他什么意义,他就有什么意义。
与其终日冥想人生有何意义,不如试用此生做点有意义的事。
四、爱怕沉默。
太多的人,以为爱到深处是无言。
其实,爱是很难描述的一种情感,需要详尽的表达和传递。
五、有些路,只能一个人走。
六、有一种落差是,你配不上自己的野心,也辜负了所受的苦难。
七、有些决定,只需要一分钟,可是,却会用一辈子,去后悔那一分钟。
八、“忽然想通了”,这五个字说来简单,要做到可真不容易。
我佛如来在菩堤树下得道,就因为他
“忽然想通了”达.摩祖师面壁十八年,才总算
“忽然想通了”无.论什么事,你只要能
“忽然想
通了”,你就不会有烦恼,但达到这地步之前,你一定已不知道有过多少烦恼。
九、如果他总为别人撑伞,你何苦非为他等在雨中。
十、我对前任的感觉很简单,哪怕他的女朋友来我面前秀恩爱,我也不会觉得烦。
就像在看别人吃一碗很香的卤肉饭,吧唧嘴巴弄得很大声,但我自己心里是明白的:
我吃过那种饭,其
实没那么好吃。
十一、为什么我们总是不懂得珍惜眼前人?
在未可预知的重逢里,我们以为总会重逢,总会有缘再会,总以为有机会说一声对不起,却从没想过每一次挥手道别,都可能是诀别,每一声
叹息,都可能是人间最后的一声叹息。
十二、我在最好的时候碰到你,是我的运气。
可惜我没时间了。
想想,说人生无悔,都是赌气的话。
人生若无悔,那该多无趣啊。
我心里有过你。
可我也只能到喜欢为止了。
十三、我说不出来为什么爱你,但我知道,你就是我不爱别人的理由。
十四、当你在转圈的时候,这个世界很大,当你勇往直前,这个世界就很小。
十五、现在男女之间的恋爱,总是答应太快,结果分手也快。
人性的规律是容易得到的就容易放弃。
凡是通过努力得到的,不管是感情还是物品,都会使人顿生珍惜之感。
所以
在感情上,当
有人追求时,内心的一份矜持是必要的,即使心里很爱,也需要给追求者时间和难度,这样两人走到一起才会珍惜感情、地久天长。
十六、我从来不会在分手很久后才会哭,因为不值。
十七、高兴呢,就允许自己高兴一天;难过呢,也允许自己难过一天。
关键是这一天过去了,你得继续往前走。
十八、对于世界而言,你是一个人;但是对于某个人,你是TA的整个世界。
十九、我们渐渐的放开了对方的手
二十、为爱投入不应该被苛责,只是忘记自己却是爱情里的最大弊病,也许,爱情里最好的状态不是牺牲与忍让,而是站在可以看到彼此的位置里,在对方的眼里可以看到最真实的自己。
二十一、人生一世,总有个追求,有个盼望,有个让自己珍视,让自己向往,让自己护卫,愿意为之活一遭,乃至愿意为之献身的东西,这就是价值了。
二十二、“做自己”很难,但更难的是遇到能接受你“做自己”的人。
二十三、只有在你最落魄时,才会知道谁是为你担心的笨蛋,谁是形同陌路的混蛋。
二十四、老天在送你一个大礼物时,都会用重重困难做包装。
二十五、很奇妙的一种感觉是,曾经的陌生人,突然之间成为了你的整个世界。
我们不可能再有一个童年;不可能再有一个初中;不可能再有一个初恋;不可能再有从前的快乐、幸福、
悲伤、痛苦。
昨天,前一秒,通通都不可能再回去。
——生命原来是一场无法回放的绝版电影!
二十六、有时阳光很好,有时阳光很暗,这就是生活。
二十七、再多的“我爱你”也抵不过一句“分手吧”
二十八、失望,有时候也是一种幸福。
因为有所期待,所以才会失望。
因为有爱,才会有期待。
所以纵使失望也是一种幸福,虽然这种幸福有点痛。
二十九、当生活给你设置重重关卡的时候,再撑一下,每次地咬牙闯关过后,你会发现想要的都在手中,想丢的都留在了身后。
三十、人生没有真正的绝望。
树,在秋天放下了落叶,心很疼。
可是,整个冬天,它让心在平静中积蓄力量。
春天一到,芳华依然。
只要生命还握在手心,人生就没有绝望。
人有悲欢离
合,月有阴晴圆缺。
一时的成败得失对于一生来说,不过来了一场小感冒。
心若累了,让它休息,灵魂的修复是人生永不干枯的希望。