单模和多模光纤的特点和应用说课讲解

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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4-50um，单模光纤的纤芯直径为4T0um ,多模光纤的纤芯直径为50um。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

2、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：125um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

3、后的光纤外径约2. 5 mm。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

4、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

5、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lum），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

6、及应用62.5/125卩m多模光纤（Alb）低衰减和高带宽，适用于千兆以太网（IEEE 802.3z）50/125卩m多模光纤（Ala）低衰减，高带宽和优异的抗弯曲性能，适用于千兆以太网（IEEE 802.3z）62. 5/12550/125 mm 多模光纤一Alb/Ala (OM1/OM2)850nm和1300nm窗口优化多模光纤，适用于千兆以太网（IEEE 802.3z）62.5/125 Mm&50/125 mm 弯曲不敏感多模光纤一Alb/Ala(OM2/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

7、最小弯曲半径7. 5mm。（二）Al类多模光纤传输性能要求项目单位Ala (50/125 mm)Alb (62.5/125 mm)衰减系数850nmdB/m2.4-3.52.8-3.51300nm0.55-1.50.6-1.5模式带宽850nmMHz km200-800160-8001300nm200-1200200-1000数值孔径0.230.020.2750.015零色散波长入0nm1295W 入 0W13651295W 入0W1365零色散斜率So1295W 入 0W13651295W 入 0W1365ps/(nm2 km)W0.105+0.001(入 0-1259)W0.111295W

8、 入 0W1365W0.001 (1458-入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4-10mm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：IEC 60793-2和IEC 60793-2-50中将单模光纤划分为Bl.l、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，WGB/T 9771的各部分参照IEC 60793

9、-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常规命名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153

10、0nm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B1.3G.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水峰处较低的衰减，从而也能 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_aG.653.A1550nm窗口性能最优化。为避免四波混频效应模光纤B2_bG.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非零色散位移单模光纤B4_cB4_dB4_eG.655.A、B、CG.655

11、.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接入网用弯B6_a1G.657.A1与B1.3类光纤兼容，但最小弯曲半径为10mm曲不敏感单B6_a2G.657.A2或7.5mm，适合在接入网中及室内使用。工作模光纤波长在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

12、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1. 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1310nm区域。 当工作波长在1.3um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1.3um波段的损耗较大；在1.55um波段的损耗较小。 光纤截止波长：入cfW1250nm，光缆截止波长：入ccW1260nm。 模场直径：1310nm处的模场直径是8. 6-9.5um 士 0.7。在1550nm

13、处没有具体规定， 但一般不大于10. 3umo 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. 3psAim2. G. 653色散位移光纤特点及应用色散位移光纤在1.55um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，FW

14、N干扰反而还会减少。 光纤截止波长：入cf1250nm. 模场直径：1550nm处的模场直径是7. 8- 8.5um0. 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. 3psAkm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 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1.55um,在该波长附近上的衰减最小。 零色散点在1300nm附近，但在15

15、50nm窗口色散较大，约为17-20 ps/(nm2 km) 光纤截止波长：1350nm入cf1600nm. 模场直径：1550nm处的模场直径是9.5-10.5um 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/(nm2 km); 1550nm零色散斜率最大值为0.07 ps/(nm2 km)。 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 非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤

16、，其零色散波长不在1. 55um； 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 最佳使用波长范围在1500-1600nm区域。 光纤截止波长：入cfW1470nm，光缆截止波长：入ccW1480nm。 模场直径：(8.0-11.0)um 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/km C波段色散：非零色散区nm： 1530W入minW入maxW1565，非零色散区绝对值ps/(nm2 km)： 1.0WDminWDmaxW10, DmaxDminW5.0 ps/(nm2 km); 偏振模

17、色散(PMD)系数最大值：0. 3psA；imG. 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 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

18、缆截止波长：入ccW1260nm。 模场直径：G657A: (8. 6-9.5)um 士 0.4G657B: (6.3-9.5)um 士 0.4 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)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/ykT 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B6aB6b1550nm1625nm1550nm1625nm1510W0.25W1.0W0.03W0.10101W0.75W1.5W0.10W0.207.51W0.50W1.00