光纤和光缆基础培训Word格式文档下载.docx

1、三角芯光纤 如图3（b）所示，纤芯折射率分布呈三角形，这是一种改进的色散移位光纤。这种光纤在1.55m有微量色散，有效面积较大，适合于密集波分复用和孤子传输的长距离系统使用，康宁公司称它为长距离系统光纤，这是一种非零色散光纤。椭圆芯光纤 如图3（c）所示，纤芯折射率分布呈椭圆形。这种光纤具有双折射特性，即两个正交偏振模的传输常数不同。强双折射特性能使传输光保持其偏振状态，因而又称为双折射光纤或偏振保持光纤。图3 典型特种单模光纤（a）双包层； （b）三角芯； （c）椭圆形以上各种特征不同的光纤，其用途也不同。突变型多模光纤信号畸变大，相应的带宽只有1020MHzkm，只能用于小容量（8Mb/s

2、以下）短距离（几km以内）系统。渐变型多模光纤的带宽可达12GHzkm，适用于中等容量（34140Mb/s）中等距离（1020km）系统。大容量（565Mb/s2.5Gb/s）长距离（30km以上）系统要用单模光纤。特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平。1.55m色散移位光纤实现了10Gb/s容量的100km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。外差接收方式的相干光系统要用偏振保持光纤，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。 3. 光纤种类和应用1） 光纤种

3、类（1） 多模光纤 结构两种多模光纤结构，如图4和图5所示。通常，光纤的纤芯用来导光，包层保证光全反射只发生在芯内，涂覆层则为保护光纤不受外界作用和吸收诱发微变的剪切应力。表1列出了当今常用的AI类多模光纤的结构尺寸参数。图4 梯度型多模光纤结构图5 阶跃型多模光纤结构表1 Al类多模光纤的结构尺寸参数光 纤 结 构AlaAlbAlcAld纤芯直径 （m）包层直径 （m）芯/包同心度 （m）芯不圆度 （）包层不圆度 （）包层直径（未着色）（m）包层直径（着色） （m）5031252362245102501562.58510051404425 种类A. 梯度型多模光纤梯度型多模光纤包括Ala、A

4、lb、Alc和Ald类型。它们可用多组分玻璃或掺杂石英玻璃制得。为降低光纤衰减，梯度型多模光纤的制备选用的材料纯度比大多数阶跃型多模光纤材料纯度高得多。正是由于折射率呈梯度分布和更低的衰减，所以梯度型多模光纤的性能比阶跃型多模光纤性能要好得多。一般在直径（包括缓冲护套）相同的情况下，梯度型多模光纤的芯径大大小于阶跃型多模光纤，这就赋予梯度型多模光纤更好的抗弯曲性能。四种梯度型多模光纤的传输性能及应用场合，如表2所列。表2 四种梯度型多模光纤的传输性能及应用场合光纤类型芯/包直径（m）工作波长带宽（MHz）数值孔径衰减系数（dB/km）应用场合50/12562.5/12585/125100/12

5、50.85,1.302001500300100010010001005000.200.240.260.290.260.300.81.50.82.02.03.04.0数据链路、局域网局域网、传感等B. 阶跃型多模光纤阶跃型多模光纤A2、A3和A4三类九个品种。它们可选用多组分玻璃或掺杂玻璃或塑料作为芯、包层来制成光纤。由于这些多模光纤具有大的纤芯和大的数值孔径，所以它们可更为有效地与非相干光源，例如发光二极管（LED）耦合。链路接续可通过价格低廉的注塑型连接器，从而降低整个网络建设费用。因此，阶跃型多模光纤，特别是A4类塑料光纤将在短距离通信中扮演着重要的角色。A2、A3和A4三类阶跃型多模光纤

6、的传输性能和应用场合，如表3所列。表3 三类九种阶跃型多模光纤的传输性能及应用场合光 纤 类 型A2a A2b A2cA3a A3b A3cA4a A4b A4c芯/包直径（m）工作波长（m）带宽（MHz）衰减系数（dB/km）典型选用长度（m）100/140200/240200/2800.85100.230.26102000200/300200/380200/23050.401000980/1000730/750480/5000.650.5040dB/0.1km100应用场所短距离信息传输、楼内局部布线、传感器等（2） 单模光纤单模光纤的结构，如图6所示。单模光纤具有小的芯径，以确保其传输单

7、模，但是其包层直径要比芯径大十多倍，以避免光损耗。单模光纤结构的各部分作用与多模光纤类似，与多模光纤所不同的是用与波长有关的模场直径w。来表示芯直径。表4和表5分别列出了当今光纤通信工程中广泛使用的B1.1和B4两类单模光纤的尺寸参数。图6 阶跃型单模光纤结构表4 B1.1类单模光纤的结构尺寸参数光 纤 类 别B1.11310模场直径 （m）1310nm芯同心度误差 （m）涂覆层直径（未着色） （m）涂覆层直径（着色） （m）包层/涂覆层同心度误差（m）（8.69.5）0.710.812.5表5 B4类单模光纤的结构尺寸参数B41550nm模场直径 （m）1550nm芯同心度误差 （m）（8.

8、011.0） 分类单模光纤以其衰减小、频带宽、容量大、成本低和易于扩容等优点，作为一种理想的光通信传输媒介，在全世界得到极为广泛的应用。目前，随着信息社会的到来，人们研究出了光纤放大器、时分复用、波分复用和频分复用技术，从而使单模光纤的传输距离、通信容量和传输速率进一步提高。值得指出的是，光纤放大器延伸了传输距离，复用技术在带来的高速率、大容量信号传输的同时，使色散、非线性效应对系统的传输质量的影响增大。因此，人们专门研究开发了几种光纤：色散位移光纤、非零色散位移光纤、色散平坦光纤和色散补偿光纤，它们在解决色散和非线性效应问题上各有独道之处。按照零色散波长和截止波长位移与否可将单模光纤分为5种

9、，国际电信联盟电信标准化部门ITU-T在2000年10月对其中4种单模光纤已给出最新建议：G.652、G.653、G.654和G.655光纤。单模光纤的分类、名称、IEC和ITU-T命名对应关系如下： 名称 ITU-T IEC 非色散位移单模光纤 G.652：A、B、C B1.1和B1.3单模光纤 色散位移单模光纤 G.653 B2 截止波长位移单模光纤 G.654 B1.2 非零色散位移单模光纤 G.655：A、B B4 色散补偿单模光纤 A. 非色散位移单模光纤2000年10月国际电信联盟第15专家组会议通过了非色散位移单模光纤（ITU-T G.652）最新标准文本、即按G.652光纤的衰

10、减、色散、偏振模色散、工作波长范围及其在不同的传输速率的SDH系统的应用情况，将G.652光纤进一步细分为G.652A、G.652B和G.652C。究其实质而言，G.652光纤可分为两种，即常规单模光纤（G.652A和G.652B）和低水峰单模光纤（G.652C）。a. 常规单模光纤常规单模光纤于1983年开始商用。常规单模光纤的性能特点是：（1）在1310nm波长处的色散为零；（2）在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系数，为17ps/（nmkm）。（3）这种光纤工作波长即可选在1310nm波长区域，又可选在1550 nm波长区域，

11、它的最佳工作波长在1310 nm区域。这种光纤常称为“常规”或“标准”单模光纤。它是当前使用最为广泛的光纤。迄今为止，其在全世界各地累计铺设数量已高达7千万公里。今天，绝大多数光通信传输系统都选用常规单模光纤。这些系统包括在1310nm和1550nm工作窗口的高速数字和CATV（Cable Television）模拟系统、然后，在1550nm波长处的大色散成为高速系统中这种光纤中继距离延长的“瓶颈”。利用常规单模光纤进行速率大于2.5Gbit/s的信号长途传输时，必须采取色散补偿措施进行色散补偿，并需引入更多的掺铒光纤放大器来补偿由引入色散补偿产生的损耗。常规单模光纤（G.652A和G.652

12、B）的色散，如图7所示。常规单模光纤的传输性能及其应用场所，如表6所示。图7 G.652光纤的色散表6 常规单模光纤的性能及应用性能模场直径截止波长cc （m）零色散波长（nm）最大衰减系数最大色散系数ps/（nmkm）要求值1310nm8.69.5cc1270c1250cj125013101310或15501310nm0.401550nm0.251310nm:1550nm:17应用场合最广泛用于数据通信和模拟图像传输媒介，其缺点是工作波长为1550nm时色散系数高达17ps/（nmkm）阻碍了高速率、远距离通信的发展。b. 低水峰单模光纤为解决城域网发展面临着业务环境复杂多变、直接支持用户多

13、、传输短（通常仅为5080km）等问题，人们采取的解决方案是选用数十至上百个复用波长的高密集波分复用技术，即：将不同速率和性质的业务分配到不同的波长，在光路上进行业务量的选路和分插。 为此，需要研发出具有更宽的工作波长区的低水峰光纤（ITU-T G.652C） 来满足高密集波分城域网发展的需要。众所周知，常规单模光纤G.652工作波长区窄的原因是1385nm附近高的水吸收峰。在1385nm附近，常规G.652光纤中只要含有10-9量级个数的OH-离子就会产生几个分贝的衰减，使其在13501450nm的频谱区因衰减太高而无法使用。为此，国外著名光纤公司都纷纷致力于研究消除这一高水峰的新工艺技术，

14、从而研发出了工作波长区大大拓宽的低水峰光纤。现以美国朗讯科技公司1998年研究出的低水峰光纤全波光纤为例，说明该光纤的性能特点。全波光纤与常规单模光纤G.652的折射率剖面一样。所不同的是全波光纤的生产中采用一种新的工艺，几乎完全去掉了石英玻璃中的OH-离子，从而消除了由OH-离子引起的附加水峰衰减。这样，光纤即使暴露在氢气环境下也不会形成水峰衰减，具有长期的衰减稳定性。由于低水峰，光纤的工作窗口开放出第五个低损耗传输窗口，进而带来了诸多的优越性：（1）波段宽。由于降低了水峰使光纤可在12801625nm全波段进行传输，即全部可用波段比常规单模光纤G.652增加约一半，同时可复用波长数也大大增

15、多，故IEC又将低水峰光纤命名B1.3光纤，即波长段扩展的非色散位移单模光纤；（2）色散小。在12801625nm全波长区，光纤的色散仅为1550nm波长区的一半，这样就易实现高速率、远距离传输。例如，在140nm波长附近，10Gbit/s速率的信号可以传输200km，而无需色散补偿；（3）改进网管。可以分配不同的业务给最适合这种业务的波长传输，改进网络管理。例如，在1310nm波长区传输模拟图像业务，在13501450nm波长区传输高速数据（10Gbit/s）业务，在1450nm以上波长区传输其他业务；（4）系统成本低。光纤可用波长区拓宽后，允许使用波长间隔宽、波长精度和稳定度要求低的光源、

16、合（分）波器和其他元件，网络中使用有源、无源器件成本降低，进而降低了系统的成本。全波光纤的性能及应用，如表7所列。表7 全波单模光纤o（nm）1310nm9.30.51550nm10.51.013001322128016250.351385nm:0.310.210.25这种光纤的优点是工作波长范围宽，即12801625nm，故其主要用于密集波分复用的城域网的传输系统，它可提供120个或更多的可用信道。B. 色散位移单模光纤色散位移单模光纤（ITU-T G.653光纤）于1985年商用。色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将最小零色散点从1310nm位移到

17、1550nm，实现1550nm处最低衰减和零色散波长一致，并且在掺铒光纤放大器15301565nm工作波长区域内。这种光纤非常适合于长距离单信道高速光放大系统，如：可在这种光纤上直接开通20Gbit/s系统，不需要采取任何色散补偿措施。色散位移光纤的富有生命力的应用场所为单信道数千里的信号传输的海底光纤通信系统。另外，陆地长途干线通信网也已敷设一定数量的色散位移光纤。虽然，业已证明色散位移光纤特别适用于单信道通信系统，但该光纤在通道进行波分复用信号传输时，存在的严重问题是在1550nm波长区的零色散产生了四波混频非线性效应。据最新研究报导，只要将色散位移单模光纤的工作波长选在大于或小于1550

18、nm的非零色散区，其仍可用作波长复用系统的光传输介质。色散位移单模光纤的性能及应用场合列于表8。表8 色散位移单模光纤色散系数8.3cj127015501550nm0.2515251575nm:3.5这种光纤的优点是在1550nm工作波长衰减系数和色散系数均很小。它最适用于单信道几千公里海底系统和长距离陆地通信干线。色散位移单模光纤的色散，如图8所示。图8 色散位移单模光纤的色散C. 截止波长位移单模光纤1550nm截止波长位移单模光纤是非色散位移光纤（ITU-T G.654光纤），其零色散波长在1310nm附近，截止波长移到了较长波长，在1550nm波长区域衰减极小，最佳工作波长范围为150

19、01600nm。获得低衰减光纤的方法是（1）适用纯石英玻璃作为纤芯和掺氟的凹陷包层；（2）以长截止波长来减小光纤对弯曲附加损耗的敏感。因为这种光纤制造特别困难，最低衰减光纤十分昂贵，且很少使用。它们主要应用在传输距离很长，且不能插入有源器件的无中继海底光纤通信系统。截止波长位移单模光纤的性能及应用场合，如表9所示。表9 1550nm截止波长位移单模光纤10.5cc15301350c16001550nm0.2020这种光纤的优点是在1550nm工作波长衰减系数极小，其抗弯曲性能好。它主要用于远距离无需插入有源器件的无中继海底光纤通信系统，其缺点是制造困难，价格昂贵。D. 非零色散位移单模光纤非零

20、色散位移单模光纤是在1994年美国朗讯和康宁专门为新一代带有光纤放大器的波分复用传输系统设计和制造的新型光纤（ITU-T G.655光纤）。这种光纤是在色散位移单模光纤的基础上通过改变折射剖面结构的方法来使得光纤在1550nm波长色散不为零，故其被称为“非零色散位移”单模光纤。2000年10月ITU-T第15研究组（SG15）通过的G.655光纤的最新标准，将G.655光纤分为两种类型：G.655A和G.655B。G.655A光纤主要适用带光放大器的单信道SDH传输系统；G.655B光纤主要适用密集波分复用传输系统。G.655光纤的基本设计思想是1550nm波长区域具有合理的低色散，足以支持1

21、0Gbit/s的长距离传输而无需色散补偿；同时，其色散值又必须保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应的影响，以求G.655光纤适宜同时满足开通时分复用和密集波分复用系统的需要。为此，人们先后研发出了第一代非零色散位移单模光纤，又陆续开发出第二代产品如：低色散斜率非零色散位移单模光纤、大有效面积非零色散位移单模光纤和色散平坦型非零色散位移单模光纤。a. 非零色散位移单模光纤为使非零色散位移单模光纤在1550nm附近工作波长区呈现出非零色散特性，通过改变光纤折射率剖面形状，即以改变其波导色散的方式来使得零色散点移向短波长侧或长波长侧，进而制得正色散非零色散光纤和负色散非零色散光纤，如

22、图9所示。图9 三种G.655光纤的色散斜率的比较在两种零色散点不同偏移方向的G.655光纤中，具有正色散的G.655光纤的主要优点是可以利用色散补偿其一阶和二阶色散。另外，在1550nm附近色散为正，有可能与产生负啁啾的MZ外调制器结合，利用自相位调制技术来扩大色散受限传输距离乃至实现光弧子传输。它的主要缺点是可能产生所谓的调制不稳定性。具有负色散的G.655光纤的主要优点是不存调制不稳定性问题，眼图清楚，对交叉相位调制的影响不敏感，由此产生的性能劣化较小；缺点是不能利用自相位调制来扩大色散受限传输距离，也不支持光弧子通信。另外，在光纤制造工艺相同和折射率剖面形状类似的条件下，零色散波长较长

23、的光纤要求有较大的波导色散，因而芯包折射率差较大，从而往往使损耗较大而有效面积较小。最后，利用G.652光纤来补偿这类光纤时仅能补偿其一阶色散，但G.652光纤成本较低。具有负色散的G.655光纤中不同厂家的具体设计和参数也不尽相同。原则上，色散系数对值小些有利于10Gbit/s信号传得更远，但四波混频影响大，复用的通路数少于色散系数绝对值较大的光纤，因而不利于密集波分复用系统应用。另外，随着系统应用波长范围向L波段的扩展，由于这类光纤的零色散波长恰好处于1570nm附近，会发生四波混频，因而不利于开拓L波段应用。总的看，随着复用通路数越来越大以及系统应用波长范围向L波段的扩展，这类光纤的弱点

24、越来越显著。b. 低色散斜率非零色散位移单模光纤所谓色散斜率指光纤的色散随波长而变化的速率，又称高阶色散。在长途WDM传输系统中，由于色散的积累，各通路的色散都随传输距离的延长而增大。然而，由于色散斜率的作用，各通路的色散积累量是不同的，位于两侧的边缘通路间的色散积累量差别最大。当传输距离超过一定值后，会使具有较大色散积累量的通路的色散值超标，从而限制了整个WDM系统的传输距离。为此，1998年美国朗讯科技公司研发出一种低色散斜率G.655光纤（真波RS光纤）。光纤色散斜率已从0.07ps/（nm2km）降至0.05ps/（nm2km）以下。低色散斜率非零色散位移单模光纤的色散一致性在整个第三和第四波段应用窗口上提供了数值有限的色散，消除了四波混频的非线性效应。这个