单模和多模光纤的特点和应用.docx

1、单模和多模光纤的特点和应用单模和多模光纤特点和应用一、光纤结构 光纤是光导纤维简称，是一种新光波导，是光通信系统最普遍和最重要传输媒质。它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯包层、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介质构成，内部介质对光折射率比环绕它介质折射率高。包在外围覆盖层就像不透明物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。1. 纤芯 位置: 位于光纤中心部位， 直径：在4-50m，单模光纤纤芯直径为4-10m ,多模光纤纤芯直径为50m。纤芯成分：含有极少量掺杂剂高纯度二氧化硅（如二氧化锗，五氧化二磷）作用是适当提高纤芯对光

2、折射率，用于传输光信号。2. 包层 位置: 位于纤芯周围 直径：125m 成分：是含有极少量掺杂剂高纯度二氧化硅。 掺杂剂（如三氧化二硼）作用：适当降低包层对光折射率，使之略低于纤芯折射率，即纤芯折射率大于包层折射率（这是光纤结构关键），它使得光信号封闭在纤芯中传输。3. 光纤最外层为涂覆层，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。 涂覆层作用：是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命作用。涂覆后光纤外径约2. 5 mm 。4.

3、 光纤最重要两个传输特性 损耗和色散是光纤最重要两个传输特性，它们直接影响光传输性能。 (l)光纤传输损耗：损耗是影响系统传输距离重要因素之一，光纤自身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折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成。当然，在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因一些损耗，包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗大小将直接影响光纤传输距离长短和中继距离选择。 (2)光纤传输色散：色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生时间上展宽。产生原因是光脉冲信号不同频率成分、不同模式，在传输时因速度不同，到达终点所用时间不同

4、而引起波形畸变。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

5、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 当光纤几何尺寸远大于光波波长时（约lm)，光纤传输过程中会存在一着几十种乃至上百种传输模式，这样光纤称为多模光纤。 由于不同传播模式具有不同传播速度与相位，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62.5/125m多模光纤（A1b）低衰减和高带宽，适用于千兆以太网（IEEE 802.3z）50/1

6、25m多模光纤（A1a）低衰减,高带宽和优异抗弯曲性能，适用于千兆以太网（IEEE 802.3z）62.5/125m&50/125m多模光纤A1b/A1a（OM1/OM2）850nm和1300nm窗口优化多模光纤，适用于千兆以太网（IEEE 802.3z） 62.5/125m&50/125m弯曲不敏感多模光纤A1b/A1a（OM2/OM3/OM4）适用于工作窗口为850nm1&10&40&100 Gb/s传输系统，传输距离可达150m、300m和500m，光纤最小弯曲半径7.5mm。（二）A1类多模光纤传输性能要求项目单位A1a（50/125m）A1b（62.5/125m）衰减系数850nmd

7、B/m2.4-3.52.8-3.51300nm0.55-1.50.6-1.5模式带宽850nmMHzkm200-800160-8001300nm200-1200200-1000数值孔径0.230.020.2750.015零色散波长0nm129501365129501365零色散斜率S0129501365129501365129501365ps/(nm2km)0.105+0.001(0-1259)0.110.001(1458-0)二、单模光纤 当光纤几何尺寸较小，与光波长在同一数量级，如芯径在4-10m范围，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余高次模全部截止，这样光纤称为单模光纤。单模光纤

8、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： 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、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定义和特性，而GB/T 9771各部分参照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、色散曲线斜率、截止波长等参数进行适配最优化，而获得不同应用方式。表.单模光纤分类和定义常

9、规命名GB/T 9771.17以及IEC分类名称ITU分类名称主要特征非色散位移单模光纤B1.1G.652.AG.652.B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B1.2_bB1.2_cG.654.AG.654.BG.654.C截止波长位移至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非色散位移单模光纤B1.3G.652.CG.652.DB1.3类光纤除性能与B1.1类光纤相似之外，还具有1383nm水峰处较低衰减，从

10、而也能在1360nm至1460nm窗口兼容使用色散位移单模光纤B2_aB2_bG.653.AG.653.B零色散波长在1525nm至1575nm之间，在1550nm窗口性能最优化。为避免四波混频效应只有在低功率或可能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_eG.655.A、B、CG.655.DG.655.E零色散波长在1530nm至1565nm波段之外，在1550nm窗口性能最优化，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B5G.656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

11、弯曲不敏感单模光纤B6_a1B6_a2G.657.A1G.657.A2与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为10mm或7.5mm，适合在接入网中及室内使用。工作波长在1260nm1625nm接入网用弯曲不敏感单模光纤B6_b2B6_b3G.657.B2G.657.B3不与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为7.5mm或5.0mm，适用于室内短距离通信传输，工作波长在1310nm、1550nm和1625nm（二）几种单模光纤特点和应用l. G. 652标准单模光纤特点及应用 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1310n

12、m区域。 当工作波长在1.3m时，光纤色散很小，系统传输距离只受光纤衰减所限制。 光纤在1.3m波段损耗较大；在1.55m波段损耗较小。 光纤截止波长：cf1250nm，光缆截止波长：cc1260nm。 模场直径：1310nm处模场直径是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：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 色散：零色散波长范围是1300-1324nm。偏振模色散（PMD）系数最大值：0. 3ps/2.

13、 G. 653色散位移光纤特点及应用 色散位移光纤在1.55m色散为零，不利于多信道WDM传输，用信道数较多时，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。如果光纤线路色散为零，FWM（四波混频）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

14、几乎没有应用3. G.654截止波长位移光纤特点及应用零色散波长在1310nm附近，截止波长位移到较长波长，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); 1550nm零色散斜率最大值为0.07

15、 ps/(nm2km)。 偏振模色散（PMD）系数最大值：0. 3ps/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非零色散光纤实质上是一种改进色散位移光纤，其零色散波长不在1. 55m；在使用波长区域据有一非零小色散值,以抑制密集波分复用（DWDM）中四波混频（FWM）效应最佳使用波长范围在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）m士0.7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：1530

16、minmax1565，非零色散区绝对值ps/(nm2km)：1.0DminDmax10，DmaxDmin5.0 ps/(nm2km);偏振模色散（PMD）系数最大值：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系统传输。5. G.657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131

17、0nm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：cc1260nm。模场直径：G657A:（8.6-9.5）m士0.4 G657B: (6.3-9.5）m士0.4衰减：B6类单模光纤衰减系数应符合下表规定表.B6类单模光纤衰减系数光纤类型使用波长(nm)最大衰减值(dB/km)B1.3和B6a13100.38138330.3815500.2416250.28B6b131016250.5138330.515500.316250.4 色散：零色散波长范围是1300-1324nm。偏振模色散（PMD）系数最大值：0. 3ps/宏弯损耗：B6类单模光纤宏弯损耗参数应符合下表规定。表. B6类单模光纤宏弯特性 单位：dB条件技术指标弯曲半径 mm圈数B6aB6b1550nm1625nm1550nm1625nm15100.251.00.030.101010.751.50.100.207.51-0.501.00