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單模光纖
閱讀�4783時間�2017-01-04 13:45:26

單模光纖(SingleModeFiber):中心玻璃芯很細(芯徑一般為9�10μm),只能傳一種模式的光纖。因�,其模間色散很小,適用于遠程通訊,但還存在著材料色散和波導色�,這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要�,即譜寬要窄,穩(wěn)定性要�。后來又�(fā)�(xiàn)�1.31μm波長處,單模光纖的材料色散和波導色散一為正、一為負,大小也正好相等。這樣�1.31μm波長區(qū)就成了光纖通信的一個很理想的工作窗�,也是現(xiàn)在實用光纖通信系統(tǒng)的主要工作波�1.31μm常規(guī)單模光纖的主要參數是由國際電信聯(lián)盟ITU-T在G652建議中確定的,因此這種光纖又稱G652光纖�
單模光纖相比于多模光纖可支持更長傳輸距離,在100Mbps的以太網以至1G千兆�,單模光纖都可支持超�5000m的傳輸距��
從成本角度考慮,由于光端機非常昂貴,故采用單模光纖的成本會比多模光纖光纜的成本��
折射率分布和突變型光纖相似,纖芯直徑只有8~10 μm,光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳�。因為這種光纖只能傳輸一個模式(兩個偏振態(tài)簡并�,所以稱為單模光�,其信號畸變很小�

簡介

"單模光纖" 在學術文獻中的解釋:一般v小于2.405�,光纖中就只有一個波峰通過,故稱為單模光�,它的芯子很細,約為8一10微米,模式色散很小.影響光纖傳輸帶寬度的主要因素是各種色�,而以模式色散最為重�,單模光纖的色散小,故能把光以很寬的頻帶傳輸很長距離�
單模光纖具備10 micron的芯直徑,可容許單模光束傳輸,可減除頻寬及振模色�(Modal dispersion)的限�,但由于單模光纖芯徑太小,較難控制光束傳�,故需要極為昂貴的激光作為光源體,而單模光纜的主要限制在于材料色散(Material dispersion),單模光纜主要利用激光才能獲得高頻寬,而由于LED會發(fā)放大量不同頻寬的光源,所以材料色散要求非常重要�
單模光纖相比于多模光纖可支持更長傳輸距離,在100Mbps的以太網以至1G千兆網,單模光纖都可支持超過5000m的傳輸距��
從成本角度考慮,由于光端機非常昂貴,故采用單模光纖的成本會比多模光纖電纜的成本高�
單模光纖(SingleModeFiber, SMF�
單模光纖與多模光纖相比較,芯徑細很多,僅�8�10μm。因只傳一個模式,無模間色�,總色散�,帶寬寬。單模光纖使用在1.3�1.6μm的波長區(qū)�,通過對光纖折射率分布的適當設�,并選用純度很高的材料制備比纖芯�7倍的包層,可在此波段同時實現(xiàn)損耗與最小色散�
單模光纖用于長距�、大容量光纖通信系統(tǒng),光纖局部區(qū)域網和各種光纖傳感器��

分類

652單模光纖
滿足ITU-T.G.652要求的單模光�,常稱為非色散位移光�,其零色散位�1.3um窗口低損耗區(qū),工作波長為1310nm(損耗為0.36dB/km�。我國已敷設的光纖光纜絕大多�
是這類光纖。隨著光纖光纜工�(yè)和半導體激光技術的成功推�,光纖線路的工作波長可轉移到更低損耗(0.22dB/km)的1550nm光纖窗口�
653單模光纖
滿足ITU-T.G.653要求的單模光�,常稱色散位移光纖(DSF=Dispersion Shifled Fiber�,其零色散波長移位到損耗極低的1550nm�。這種光纖在有些國�,特別在日本被推廣使用,我國京九干線上也有所采納。美國AT&T早期�(fā)�(xiàn)DSF的嚴重不�,在1550nm附近低色散區(qū)存在有害的四波混頻等光纖非線性效應,阻礙光纖放大器在1550nm窗口的應�。但在日�,將色散補償技�*用于G.653單模光纖線路,仍可解決問�,而且未見有日本的G.655光纖,似屬個謎�
655單模光纖
滿足ITU-T.G.655要求的單模光�,常稱非零色散位移光纖或NZDSF�=No
nZero Dispersion Shifted Fiber)。屬于色散位移光�,不過在1550nm處色散不是零值(按ITU-T.G.655�(guī)定,在波�1530-1565nm范圍對應的色散值為0.1-6.0ps/nm*km�,用以平衡四波混頻等非線性效�。商品光纖有如AT&T的TrueWave光纖,Corning的SMF-LS光纖(其零色散波長典型值為1567.5nm,零色散典型值為0.07ps/nm2*km)以及Corning的LEAF光纖。我國的"大寶�"光纖��

主要區(qū)�

這些都是ITU給光纖規(guī)定的標準種類�
G.651是多模光��
G.652是常�(guī)單模光纖,零色散點在1300nm,此點色散最??;同時根據PMD又分為G. 652A、B、C、D四種�
G. 653是色散位移光纖(DSF�,以1550nm為零色散�,原理是通過波導色散進行色散平移,使低損耗與零色散在同一工作波長�。但同時零色散不利于多信道WDM傳輸,因為當復用的信道數較多時,信道間距較小,這時就會產生一種稱為四波混頻(FWM)的非線性光學效�,這種效應使兩個或三個傳輸波長混�,產生新�、有害的頻率分量,導致信道間�(fā)生串擾。如果光纖線路的色散為零,F(xiàn)WM的干擾就會十分嚴重;如果有微量色�,F(xiàn)WM干擾反而會減小,針對這一�(xiàn)像,科學家們研制了一種新型光�,NZ-DSF�
G. 654光纖是超低損耗光纖,主要用于跨洋光纜,其纖芯是純二氧化硅,而普通的光纖纖芯要摻�。在1550nm附近的損耗最�,僅�0.185dB/km,但在此區(qū)域色散比較大,約17�20 ps/〔nm*km�,在1300nm波長區(qū)域色散則為零�
G. 655光纖是非零色散位移光纖(NZ-DSF�,分655A、B、C,主要特點是1550nm的色散接近零,但不是零。是一種改進的色散位移光纖,以抑制四波混頻�
G. 656光纖是未來導向光�,G656的工作波長明顯增�,包括S,C和L波段�1460�1625nm��
G.657光纖,國際電信聯(lián)盟ITU-T�2006�12月發(fā)布了《接入網用彎曲損耗不敏感單模光纖和光纜的特性》的標準建議,即G.657光纖標準。G.657光纖劃分成了A大類和B大類光纖,同時按照最小可彎曲半徑的原�,將彎曲等級分為1�2�3三個等級,其中1對應10mm最小彎曲半��2對應7.5mm最小彎曲半徑,3對應5mm最小彎曲半�。結合這兩個原�,將G.657光纖分為了四個子�,G.657.A1、G.657.A2、G.657.B2和G.657.B3�
區(qū)�
1� 單模傳輸距離�
2� 多模傳輸帶寬�
3� 單模不會�(fā)生色�,質量可�
4� 單模通常使用激光作為光�,貴,而多模通常用便宜的LED
5� 單模價格比較�
6� 多模價格便宜,近距離傳輸可以

參數對比

技術參�
G.655
G.652

  
工作波長(nm)
1530-1565
1310
1550
衰減(dB/km)
�0.22
�0.36
�0.22
零色散波�(nm)

  
1300-1324

  
零色散斜�(ps/nm2*km)
0.045-0.1
0.093

  
色散(ps/nm*
km)
1≤|D|�
3.5
18
色散范圍(nm)
1530-1565
1288-1339
1550
偏振模色�(ps/√km)
單盤:≤0.125 鏈路(≥20盤光纜):≤0.10
單盤:≤0.20 鏈路(≥20盤光纜):≤0.15

  
光有效面�(m2)
55-85
80

  
模場直徑(m)
8.0 � 11.0
8.8 � 9.5
10.5
彎曲特�(dB)
1.0
0.5
0.5
從表中參數可以看�,兩種光纖的衰減系數并沒有太大差異,G.652 光纖的色散系數在1550nm 波長�18ps/nm*km,當傳輸10Gb/s 的TDM 和WDM 系統(tǒng)時,為了增加中繼距離,需要介入具有負色散系數的光纖進行色散補償。G.655 光纖1530-1560nm 波長區(qū)色散通常�1.0-6ps/nm*km,傳輸相同的10Gb/s 系統(tǒng)時,因色散很�,勿需采取色散補償措施;但G.655 光纖因在1550nm 處色散較�,其非線性效應比G.652 光纖大;G.652與G.655 光纖的PMD 建議指標相同,實際測試時,G.655 光纖 PMD 指標小于G.652光纖。目前G.655 光纖的價格較�,其市場價格約為G.652光纖�1 �。兩種光纖的工程應用列于下表�
采用光纖類型
傳輸2.5Gb/s TDM 和WDM 系統(tǒng)
傳輸10Gb/s TDM 和WDM 系統(tǒng)
G.652
滿足
滿足� 但需采取色散補償措施
G.655
滿足
滿足
表中比較表明,對于傳�2.5Gb/s 的TDM 和WDM 系統(tǒng),兩種光纖均能滿�。對于傳�10Gb/s 的TDM 和WDM 系統(tǒng)�,G.652 光纖需采取色散補償措施,并需要對已敷設的光纜進行PMD 測試,在滿足要求的前提下,才可開通基�10Gb/s 的傳輸系�(tǒng)。G.655 光纖不需頻繁采取色散補償措施,但光纖價格偏高�

研制歷程

1980�,國際上,包括中國學者都在討論單模光纖與多模光纖到底哪種更好�,上??萍即髮W黃宏嘉院士認識到長波長單模光纖具有損耗低、色散小等優(yōu)�,是遠距離大容量通信系統(tǒng)的理想介�。以黃宏嘉院士為首的研究小組�1979年提出開展單模光纖研究的建議。該建議得到了上海市科委的支�,并將“單模光纖研究”列為上海市重點科研項目� �1982�5月進行了研究工作的第二階段。以�??拼笈c上海石英玻璃廠協(xié)�,得到了電子23所的支持和合作。于1982�5月由上海市科委主持了由中�9個單�24名專家參加的鑒定工作。鑒定委員會認為,“此次單模光纖科研工作是基礎性和開拓性的,不僅填補了中國在這個重要研究領域的空白,而且是以較快的速度趕上國際水平?�?/FONT>

特性參�


①衰耗系數a:其�(guī)定與物理含義與多模光纖完全相�,在此不多敘述� ②色散系數D(λ):我們已經知�,光纖的色散可以分為三大部分即模式色散、材料色散與波導色散。而對于單模光纖而言,由于實�(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題,故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導色散(統(tǒng)稱模內色散)。綜合考慮單模光纖的材料色散與波導色散,統(tǒng)稱色散系�。色散系數可以這樣理解:每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬�。因此,L公里光纖由色散引起的脈沖展寬值為:�=δλ·D(λ)·L�2.17)其中:δλ為光源譜寬σ為根均方展寬值色散系數越小越�。光纖的色散系數越小,就意味著其帶寬系數越大即傳輸容量越大。例如CCITT建議在波�1.31微米處單模光纖的色散系數應小�3.5ps/km.nm。經過計算,其帶寬系數在25000MHz·km以上,是多模光纖�60多倍(多模光纖的帶寬系數一般在1000MHz·km以下)�
③模場直徑d:模場直徑表征單模光纖集中光能量的程�。由于單模光纖中只有基模在進行傳輸,因此粗略地講,模場直徑就是在單模光纖的接收端面上基模光斑的直徑(實際上基模�
斑并沒有明顯的邊界)??梢詷O其粗略地認為(很不嚴格的說法�,模場直徑d和單模光纖的纖芯直徑相近� ④截止波長λc:我們知�,當光纖的歸一化頻率V小于其歸一化截止頻率Vc�,才能實�(xiàn)單模傳輸,即在光纖中僅有基模在傳輸,其余的高次模全部截止。也就是�,除了光纖的參量如纖芯半�,數值孔徑必須滿足一定條件外,要實現(xiàn)單模傳輸還必須使光波波長大于某個數�,即λ≥λc,這個數值就叫做單模光纖的截止波�。因�,截止波長λc的含義是,能使光纖實�(xiàn)單模傳輸的最小工作光波波長。也就是�,盡管其它條件皆滿足,但如果光波波長不大于單模光纖的截止波長,仍不可能實�(xiàn)單模傳輸�
5、回�---ReturnLoss:反射損耗又稱為回波損�,它是指出光端,后向反射光相對輸入光的比率的分貝�,回波損耗愈大愈好,以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影��
單模傳輸設備所采用的光器件是LD,通常按波長可分為1310nm�1550nm兩個波長,按輸出功率可分為普通LD、高功率LD、DFB-LD(分布反饋光器件�。單模光纖傳輸所用的光纖最普遍的是G.652,其線徑�9微米�

光纖波長

1310nm波長的光在G.652光纖上傳輸時,決定其傳輸距離限制的是衰減因數;因為在1310nm波長下,光纖的材料色散與結構色散相互抵消總的色散�0,在1310nm波長上有微小振幅的光信號能夠實現(xiàn)寬頻帶傳��
1550nm波長的光在G.652光纖上傳輸時衰減因數很小,單純從衰減因數考慮�1550nm波長的光在相同的光功率下傳輸的距離大�1310nm波長的光下的傳輸的距�,但是實際情況并非如�,單模光纖帶寬B與色散因數D的關系為:B=132.5/(Dl*D*L)GHz
其中L為光纖的長度,Dl為譜線寬�,對�1550nm波長的光,其色散因數如表3�20ps/(nm.km),假設其光譜寬度等于1nm,傳輸距離為L=50公里,則有:B=132.5/(D*L)GHz=132.5MHz

應用情況

簡介
由于�(xiàn)在的光纖多采用塑料做纖芯。成本已經很低了。例如市場上出售的四芯單模光纖就只有2�3�/�
而單�/多模光纖收發(fā)器的價格也在300�500之間。所以它的應用成本很�。,
過去我們在建設網絡時的傳統(tǒng)觀念是局域網只用雙絞�,只有高速連接互聯(lián)網時才用到光纖,有些企業(yè)或是廠礦局域網的范圍很�,而且對網絡穩(wěn)定性要求更高,在這里我們就建議使用光纖�,使用光纖的成本不比使用達標的超五類雙絞線高多少。而且不必擔心雷擊,不用考慮局域網的有效距�,大家可以在以后的工作中參考使��
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產品選用指南
單模光纖的芯線標稱直徑規(guī)格為�8�10)μm/125μm。規(guī)格(芯數)有2�4�6�8�12�16�20�24�36�48�60�72�84�96芯等。線纜外護層材料有普通型;普通阻燃�;低煙無鹵型;低煙無鹵阻燃型�
當用戶對系統(tǒng)有保密要求,不允許信號往外發(fā)射時,或系統(tǒng)�(fā)射指標不能滿足規(guī)定時,應采用屏蔽銅芯對絞電纜和屏蔽配線設�,或采用光纜系統(tǒng)�
施工、安裝要�
由于光纖的纖芯是石英玻璃�,極易弄�,因此在施工彎曲�,決不允許超過最小的彎曲半徑。其�,光纖的抗拉強度比電纜小,因此在操作光纜�,不允許超過各種類型光纜抗拉強度。在光纜敷設好以�,在設備間和樓層配線間將光纜捆接在一起,然后才進行光纖連接??梢岳霉饫w端接裝置(OUT)、光纖耦合�、光纖連接器面板來建立模組化的連接。當敷設光纜工作完成,以及在應有的位置上建立互連模組以�,就可以將光纖連接器加到光纖末端上,并建立光纖連接�
其他參見《建筑與建筑群綜合布線系�(tǒng)工程驗收�(guī)范》GB/T 50312�2000和《建筑及建筑群綜合布線系�(tǒng)工程施工及驗收規(guī)范》CECS 89:97中要��