光纤和光缆讲稿.ppt

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1、关于光纤和光缆关于光纤和光缆第一页，讲稿共六十六页哦2.1 光纤的结构与类型光纤的结构与类型 光光纤纤(Optical Fiber，OF)就就是是用用来来导导光光的的透透明明介介质纤维，一根实用化的光纤是由多层透明介质构成质纤维，一根实用化的光纤是由多层透明介质构成的，一般可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折的，一般可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层，如图射率较低的包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。所示。2.1.1 光纤的结构光纤的结构第二页，讲稿共六十六页哦图图2.1 光纤结构示意图光纤结构示意图第三页，讲稿共六十六页哦 光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截面

2、光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截面折射率分布来分类，又可以按照光纤中传输模式折射率分布来分类，又可以按照光纤中传输模式数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来分类。分类。2.1.2 光纤的类型光纤的类型第四页，讲稿共六十六页哦按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤纤纤纤(Step-Index FiberStep-Index Fiber，SIF)SIF)和渐变型光纤和渐变型光纤和渐变型光纤和渐变

3、型光纤(Graded-Index Graded-Index FiberFiber，GIF)GIF)，其折射率分布如图其折射率分布如图其折射率分布如图其折射率分布如图2.22.2所示。所示。所示。所示。1、按光纤截面上折射率分布分类、按光纤截面上折射率分布分类第五页，讲稿共六十六页哦1）阶跃型光纤）阶跃型光纤2）渐变型光纤）渐变型光纤光纤的相对折射率差光纤的相对折射率差 第六页，讲稿共六十六页哦当当 时为三角型折射率分布，时为三角型折射率分布，时为抛物线型时为抛物线型折射率分布，折射率分布，时分阶跃型分布。时分阶跃型分布。第七页，讲稿共六十六页哦2、按传输模式分类：单模和多模、按传输模式分类：单

4、模和多模 多模光纤的纤芯直径为多模光纤的纤芯直径为5062.5微米，包层外直径微米，包层外直径125微米；单模光纤的纤芯直径约为微米；单模光纤的纤芯直径约为10微米，包层外直径为微米，包层外直径为125微米。微米。单模光纤是只能传输一种模式的光纤，单模光纤只单模光纤是只能传输一种模式的光纤，单模光纤只能传输基模能传输基模(最低阶模最低阶模)，不存在模间时延差，具有比多，不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要的。的。多模光纤：传输性能比单模光纤差，传输带宽和容多模光纤：传输性能比单模光纤差，传输带宽和容量小，适用于短

5、距离、低速率传输。量小，适用于短距离、低速率传输。第八页，讲稿共六十六页哦3.按光纤的工作波长分类按光纤的工作波长分类 按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤（按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤（850nm）、）、长波长光纤（长波长光纤（1310nm、1550nm）和超长波长光纤（）和超长波长光纤（2000nm以上）。以上）。850nm主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中；主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中；1310、1550nm主要用于长距离、大容量的光纤通信系统中；主要用于长距离、大容量的光纤通信系统中；2000nm的光纤损耗特别小，是传输媒介发展的方向。的光纤损耗特别小，是

6、传输媒介发展的方向。第九页，讲稿共六十六页哦4.按按ITU-T建议分类建议分类 按照按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤光纤(渐变型多模光纤渐变型多模光纤)、G.652光纤光纤(常规单模光纤常规单模光纤)、G.653光纤光纤(色散位移光纤色散位移光纤)、G.654光纤光纤(截止波长光纤截止波长光纤)和和G.655(非零色散位移光纤非零色散位移光纤)光纤。光纤。G651光纤（多模光纤）：中心玻璃较精（光纤（多模光纤）：中心玻璃较精（50或或62.5微米），可传多种模式的光，但其模间色散较大，微米），可传多种模式的光，但其模间色散较大，传

7、输距离较短。传输距离较短。第十页，讲稿共六十六页哦 G652光纤：单模光纤，工作波长为光纤：单模光纤，工作波长为1310nm，其中心玻璃，其中心玻璃芯很细（芯径一般为芯很细（芯径一般为910微米），只能传输一种模式的光。微米），只能传输一种模式的光。该光纤的材料色散和波导色散一为正，一为负，大小也正该光纤的材料色散和波导色散一为正，一为负，大小也正好相等，因而在好相等，因而在1310nm处单模光纤的总色散为零；从光纤处单模光纤的总色散为零；从光纤的损耗特性看，的损耗特性看，1310nm处是一个低损耗窗口，从而处是一个低损耗窗口，从而1310nm是一个理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主

8、是一个理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数在常规单模光纤的主要参数在G652中中确定，这种光纤也叫确定，这种光纤也叫G652光纤（光纤（1310nm色散为零的单模色散为零的单模光纤）。光纤）。第十一页，讲稿共六十六页哦 G653光纤：为了使光纤较好地工作在光纤：为了使光纤较好地工作在1550nm处，人处，人们设计出一种新的光纤，叫做色散位移光纤（们设计出一种新的光纤，叫做色散位移光纤（DSF），），这种光纤可以对色散进行补偿，使光纤的零色散从这种光纤可以对色散进行补偿，使光纤的零色散从1310nm处移到处移到1550nm附件，这

9、种光纤又称附件，这种光纤又称1550nm零色散单零色散单模光纤。模光纤。G653光纤是单信道、超高速传输极好的传输介质，光纤是单信道、超高速传输极好的传输介质，现在这种光纤已用于通信干线，特别用于海底光缆中。但现在这种光纤已用于通信干线，特别用于海底光缆中。但当它用于波分复用多信道传输时，又会由于光纤的非线性当它用于波分复用多信道传输时，又会由于光纤的非线性效应而对传输信号产生干扰，特别是在色散为零的波长附效应而对传输信号产生干扰，特别是在色散为零的波长附近，干扰特别严重，不适用于近，干扰特别严重，不适用于WDM系统。系统。第十二页，讲稿共六十六页哦 G655光纤：针对光纤：针对G653光纤的

10、特性，人们又研制了一种光纤的特性，人们又研制了一种非零色散位移光纤，将光纤的零色散点移到非零色散位移光纤，将光纤的零色散点移到1550nm工作区工作区以外的以外的1560以后或以后或1530以前，但在以前，但在1550nm处存在较少的色处存在较少的色散，这种光纤不仅适用于现在的单波长、高速率、长距离传散，这种光纤不仅适用于现在的单波长、高速率、长距离传输，而且还可适用于将来用波分复用扩容系统的需求，又兼输，而且还可适用于将来用波分复用扩容系统的需求，又兼顾将来发展的理想传输介质。因此，顾将来发展的理想传输介质。因此，G.655光纤可以用来传光纤可以用来传输单个载波上信号速率为输单个载波上信号速

11、率为2.5Gbit/s或或10Gbit/s的的WDM光光信号，复用的波长通道数量可达几十、几百个信号，复用的波长通道数量可达几十、几百个。第十三页，讲稿共六十六页哦5按光纤所使用的材料按光纤所使用的材料按照光纤所使用的材料可分为：石英系光纤、塑料包层石英芯按照光纤所使用的材料可分为：石英系光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤等，目前用得最多的是石英系光纤。塑料光光纤、全塑料光纤等，目前用得最多的是石英系光纤。塑料光纤是用高透明的有机玻璃制成的，它的特点是成本低，相对来纤是用高透明的有机玻璃制成的，它的特点是成本低，相对来说芯径较大，较大的优势是与光源的耦合率高（对于光通信来说芯径较大，较大的优

12、势是与光源的耦合率高（对于光通信来说性能好，光器件的价格在光通人中占很大部分，如果耦合效说性能好，光器件的价格在光通人中占很大部分，如果耦合效率不高，就得买功率更大的光源，而功率大和功率小的光源价率不高，就得买功率更大的光源，而功率大和功率小的光源价格差较大），耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗格差较大），耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，只适用于短距离低速的光纤通信系统中。目较大，带宽较小，只适用于短距离低速的光纤通信系统中。目前通信中普遍使用的是石英光纤。前通信中普遍使用的是石英光纤。第十四页，讲稿共六十六页哦2.2光纤传输理论光纤传输理论第十五页，讲稿共六

13、十六页哦 一一一一束束束束光光光光线线线线从从从从光光光光纤纤纤纤的的的的入入入入射射射射端端端端面面面面耦耦耦耦合合合合进进进进光光光光纤纤纤纤时时时时，光光光光纤纤纤纤中中中中光光光光线线线线的的的的传传传传播播播播分分分分两两两两种种种种情情情情形形形形：一一一一种种种种情情情情形形形形是是是是光光光光线线线线始始始始终终终终在在在在一一一一个个个个包包包包含含含含光光光光纤纤纤纤中中中中心心心心轴轴轴轴线线线线的的的的平平平平面面面面内内内内传传传传播播播播，并并并并且且且且一一一一个个个个传传传传播播播播周周周周期期期期与与与与光光光光纤纤纤纤轴轴轴轴线线线线相相相相交交交交两两两两

14、次次次次，这这这这种种种种光光光光线线线线称称称称为为为为子子子子午午午午射射射射线线线线，那那那那个个个个包包包包含含含含光光光光纤纤纤纤轴轴轴轴线线线线的的的的固固固固定定定定平平平平面面面面称称称称为为为为子子子子午午午午面面面面；另另另另一一一一种种种种情情情情形形形形是是是是光光光光线线线线在在在在传传传传播播播播过过过过程程程程中中中中不不不不在在在在一一一一个个个个固固固固定定定定的的的的平平平平面面面面内内内内，并并并并且且且且不不不不与与与与光光光光纤纤纤纤的的的的轴轴轴轴线线线线相相相相交交交交，这这这这种种种种光光光光线称为斜射线。线称为斜射线。线称为斜射线。线称为斜射线

15、。光线在光纤中的传输光线在光纤中的传输第十六页，讲稿共六十六页哦2.3光纤的射线理论分析光纤的射线理论分析2.3.1 基本光学定义和定律基本光学定义和定律1 1、光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为、光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为、光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为、光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为 v=c/n v=c/n2 2、反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的、反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的、反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的、反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的 平面内，反射光线和入射光线处于法线的两侧，并平面

16、内，反射光线和入射光线处于法线的两侧，并平面内，反射光线和入射光线处于法线的两侧，并平面内，反射光线和入射光线处于法线的两侧，并 且反射角等于入射角。且反射角等于入射角。且反射角等于入射角。且反射角等于入射角。3 3、折射定律、折射定律、折射定律、折射定律 ：折射光线位于入射光线和法线所决定的平：折射光线位于入射光线和法线所决定的平：折射光线位于入射光线和法线所决定的平：折射光线位于入射光线和法线所决定的平 面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，且满 足：足：足

17、：足：n n1 1sinsin1 1=n=n2 2sinsin2 2第十七页，讲稿共六十六页哦光的反射与折射示意图光的反射与折射示意图第十八页，讲稿共六十六页哦第十九页，讲稿共六十六页哦图图2-2-2光纤剖面光纤剖面2.3.2子午射线在阶跃型光纤中的传播子午射线在阶跃型光纤中的传播第二十页，讲稿共六十六页哦设空气中的折射率为设空气中的折射率为n0=1，纤芯中的折射率为，纤芯中的折射率为n1，显然，显然n0n1，光线发生折射，根据折射定律得，光线发生折射，根据折射定律得n0 sin0=n1 sin1=n1 sin(902)=n1 cos2则则 sin0=cos2=(2.2.2)根据之前介绍的，只

18、有当根据之前介绍的，只有当2c时（时（c为全反射临界角），才为全反射临界角），才能发生全反射，这时临界角为能发生全反射，这时临界角为第二十一页，讲稿共六十六页哦c=arcsin（）因此，即要求因此，即要求2arcsin()即sin2(2.2.3)第二十二页，讲稿共六十六页哦将式（将式（2.2.3）代入式（）代入式（2.2.2），可得），可得sin0(2.2.4)由于由于n0=1，则，则sin0(2.2.5)第二十三页，讲稿共六十六页哦当光线从空气中入射纤芯端面的入射角不大于当光线从空气中入射纤芯端面的入射角不大于0时，时，进入纤芯中的光线才会在芯包界面产生全反射而向前进入纤芯中的光线才会在芯包

19、界面产生全反射而向前传播，而入射角大于传播，而入射角大于0的光线将进入包层散失掉。的光线将进入包层散失掉。因此因此入射临界角入射临界角0是个很重要的参量，它与光纤折射率的关系是个很重要的参量，它与光纤折射率的关系为为sin0=n1(2.2.6)因此，因此，只有满足式（只有满足式（2.2.6）的子午线，才可以在纤）的子午线，才可以在纤芯中形成导波，定义入射临界角芯中形成导波，定义入射临界角0的正弦为光纤的数值的正弦为光纤的数值孔径孔径NA，即，即第二十四页，讲稿共六十六页哦例例2.2.1计算计算n1=1.48，n2=1.46的阶跃折射率分布光纤的的阶跃折射率分布光纤的0以及数值孔径；以及数值孔径

20、；光纤端面外空气中的折射率为光纤端面外空气中的折射率为n0=1。解sin0=0.2425 0=arcsin0.2425=14.03NA=sin0=0.2425第二十五页，讲稿共六十六页哦第二十六页，讲稿共六十六页哦相对折射率差相对折射率差数值孔径数值孔径 NANANANA表示光纤接收和传输光的能力表示光纤接收和传输光的能力表示光纤接收和传输光的能力表示光纤接收和传输光的能力，NA(或c)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率耦合效率耦合效率耦合效率越高。对于无损耗光纤，在c内的入射光都能在光纤中传输。NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。第二十七页，讲稿共六十六页哦

21、时时时时间间间间延延延延迟迟迟迟 入入射射角角为为的的光光线线在在长长度度为为L(ox)的的光光纤纤中中传传输输，所所经经历的路程为历的路程为l(oy)，在在最大的条件下，其传播时间即最大的条件下，其传播时间即时间延迟时间延迟时间延迟时间延迟为为 这种时间延迟差在时域产生这种时间延迟差在时域产生脉冲展宽脉冲展宽脉冲展宽脉冲展宽，或称为，或称为信号畸变信号畸变信号畸变信号畸变。由此可见，由此可见，突变型多模光纤突变型多模光纤突变型多模光纤突变型多模光纤的信号畸变是由于不同入射角的光的信号畸变是由于不同入射角的光线经光纤传输后，其线经光纤传输后，其时间延迟时间延迟时间延迟时间延迟不同而产生的。不同

22、而产生的。在在=0时，光沿轴线传输，传输时间（延时）最小时，光沿轴线传输，传输时间（延时）最小第二十八页，讲稿共六十六页哦结论：相结论：相对折射率对折射率差越大，差越大，数值孔径数值孔径值越大，值越大，光纤的聚光纤的聚光能力越光能力越强，但模强，但模式色散越式色散越大，不适大，不适合于高速合于高速率传输。率传输。第二十九页，讲稿共六十六页哦2.3.3子午射线在渐变型光纤中的传播子午射线在渐变型光纤中的传播 第三十页，讲稿共六十六页哦数值孔径值：数值孔径值：结论：渐变型光纤的数值孔径值只与纤芯最中心和包层的折射结论：渐变型光纤的数值孔径值只与纤芯最中心和包层的折射率有关，与纤芯折射率的分布无关，

23、并且随着入射角的减小，率有关，与纤芯折射率的分布无关，并且随着入射角的减小，光线将更接近纤芯发生全反射，光程越短。渐变型光纤中光线光线将更接近纤芯发生全反射，光程越短。渐变型光纤中光线是蛇行传播的，且越小，光线越靠近中心轴线传输。是蛇行传播的，且越小，光线越靠近中心轴线传输。第三十一页，讲稿共六十六页哦 在渐变型多模光纤中，沿着轴线传输的光线在渐变型多模光纤中，沿着轴线传输的光线路径最短，但靠近轴线处的折射率最大，在该处路径最短，但靠近轴线处的折射率最大，在该处的传播速度最慢，在远离轴线处，其传播路径最的传播速度最慢，在远离轴线处，其传播路径最长，但光纤的折射率较小，传播速度较快，这样长，但光

24、纤的折射率较小，传播速度较快，这样只要选择折射率合适分布的光纤，就可使延时最只要选择折射率合适分布的光纤，就可使延时最小，模式色散也最小。小，模式色散也最小。模式色散（传输延时）模式色散（传输延时）第三十二页，讲稿共六十六页哦 综上所述：综上所述：光纤之所以能够导光就要是由于：光纤之所以能够导光就要是由于：1）纤芯）纤芯的折射率累高于包层的折射率，入射到纤芯的光能够在纤芯的折射率累高于包层的折射率，入射到纤芯的光能够在纤芯和包层分界面处发生全反射，限制光在光纤中进行传输。和包层分界面处发生全反射，限制光在光纤中进行传输。2）光纤的损耗很小，能够进行长距离传输。光纤的损耗很小，能够进行长距离传输

25、。第三十三页，讲稿共六十六页哦(a)突变型多模光纤；突变型多模光纤；(b)渐变型多模光纤；渐变型多模光纤；(b)（c）单模光纤单模光纤 第三十四页，讲稿共六十六页哦2.3.3光纤中的模式传输光纤中的模式传输1、传导模的概念传导模的概念 模式是波动理论的概念。在波动理论中，一种电磁模式是波动理论的概念。在波动理论中，一种电磁场的分布称之为一个模式。在射线理论中，通常认为一场的分布称之为一个模式。在射线理论中，通常认为一个传播方向的光线对应一种模式，有时也称之为射线模个传播方向的光线对应一种模式，有时也称之为射线模式。那么只要入射到芯包界面光线的入射角大于临界角式。那么只要入射到芯包界面光线的入射

26、角大于临界角的光线就能发生全反射向前传播，射线模式就是连续的。的光线就能发生全反射向前传播，射线模式就是连续的。第三十五页，讲稿共六十六页哦2、横向谐振横向谐振 在光纤中传播的光可以分解为沿光纤轴向和径向的两个在光纤中传播的光可以分解为沿光纤轴向和径向的两个分量的叠加。径向的光波分量在纤芯和包层的介质面间来回分量的叠加。径向的光波分量在纤芯和包层的介质面间来回反射。反射。横向谐振：由某点出发的光，沿径向往返一次，回到原横向谐振：由某点出发的光，沿径向往返一次，回到原处，如果与原来的波同相（相位变化是处，如果与原来的波同相（相位变化是2的整数倍），则的整数倍），则会使原来的波加强，这种现象称为波

27、导中的横向谐振，该会使原来的波加强，这种现象称为波导中的横向谐振，该相位条件称横向谐振条件。相位条件称横向谐振条件。第三十六页，讲稿共六十六页哦3、相位一致性条件、相位一致性条件第三十七页，讲稿共六十六页哦 当当N=0时，对应模式为基模；当时，对应模式为基模；当N=1时，对应的模式为时，对应的模式为一阶模；当一阶模；当N=2时，对应的模式为二阶模，时，对应的模式为二阶模，N越大，模式越大，模式越高。越高。1）满足全反射可以耦合进光纤；）满足全反射可以耦合进光纤；2）满足波的等）满足波的等相面所有各点到达边界时同相位的条件的光才相面所有各点到达边界时同相位的条件的光才能在光纤中持续传播；能在光纤

28、中持续传播；3）光纤中传输的模式是）光纤中传输的模式是离散的。离散的。总结：总结：第三十八页，讲稿共六十六页哦2.3.4 多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤 多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数决定多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数决定的，判断一根光纤是不是单模传输，除了光纤自身的结的，判断一根光纤是不是单模传输，除了光纤自身的结构参数外，还与光纤中传输的光波长有关。即使是同一构参数外，还与光纤中传输的光波长有关。即使是同一根光纤，其传输的波长不一样，有可能是单模传输，也根光纤，其传输的波长不一样，有可能是单模传输，也有可能是多模传输。有可能是多模传输。第三十九页，讲稿共六十六页哦

29、 为了描述光纤中传输的模式数目，在此引入一个非常重要为了描述光纤中传输的模式数目，在此引入一个非常重要的结构参数，即光纤的归一化频率，一般用的结构参数，即光纤的归一化频率，一般用V表示，其表达式表示，其表达式如下：如下：归一化频率归一化频率V的大小不仅决定多模光纤的传导模的数的大小不仅决定多模光纤的传导模的数目，而且判断一根光纤是否是单模传输也取决于目，而且判断一根光纤是否是单模传输也取决于V值大小。值大小。对于同一根光纤，传输的频率不一样，其归一化频率也不一对于同一根光纤，传输的频率不一样，其归一化频率也不一样。样。第四十页，讲稿共六十六页哦1.多模光纤多模光纤 顾明思义，多模光纤就是允许多

30、个模式在其中传输顾明思义，多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。导模。一根光纤中能够传输的模数为：一根光纤中能够传输的模数为：同一根光纤，传输的频率不一样，其归一化频率也同一根光纤，传输的频率不一样，其归一化频率也不一样，能够传输的模数也不一样。对于工作于相同不一样，能够传输的模数也不一样。对于工作于相同波长时，阶跃型光纤能够传输的模数是抛物线型光纤波长时，阶跃型光纤能够传输的模数是抛物线型光纤的两倍。的两倍。第四十一页，讲稿共六十六页哦2.单模光纤单模光纤 只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。单模光

31、只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。单模光纤只能传输基模纤只能传输基模(最低阶模最低阶模)，它不存在模间时延差，因此，它不存在模间时延差，因此它具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常它具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要的。单模光纤的带宽一般都在几十重要的。单模光纤的带宽一般都在几十GHzkm以上。以上。单模光纤的纤芯大小为单模光纤的纤芯大小为810微米，相对折射率差为微米，相对折射率差为0.3%0.4%，因此单模光纤的数值孔径值和归一化频率很小，因此单模光纤的数值孔径值和归一化频率很小，因而单模光纤的入射和出射孔径角很小，不到因而单模光纤的入射和出射孔径角很小，

32、不到8度，因此光度，因此光纤的耦合、连接要求比较高。纤的耦合、连接要求比较高。第四十二页，讲稿共六十六页哦第四十三页，讲稿共六十六页哦2.7单模光纤的进展单模光纤的进展从从1970年至今的年至今的30多年中，光纤光缆产品层出多年中，光纤光缆产品层出不穷，而且得到通信业的广泛应用。不穷，而且得到通信业的广泛应用。而光纤制造而光纤制造技术的不断提高和全光通信市场的复苏又激励了光技术的不断提高和全光通信市场的复苏又激励了光纤制造产业的发展。纤制造产业的发展。ITU-T和和IEC（国际电工委员会）（国际电工委员会）顺应趋势，加快了单模光纤标准的制定和修订步伐。顺应趋势，加快了单模光纤标准的制定和修订步

33、伐。下下面对目前常用的和将广泛使用的单模光纤类型及其性能面对目前常用的和将广泛使用的单模光纤类型及其性能做简要介绍。做简要介绍。第四十四页，讲稿共六十六页哦1.G.652标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤是指零色散波长在标准单模光纤是指零色散波长在1.3 m窗口的单模光纤，窗口的单模光纤，ITU-T把这种光纤规范为把这种光纤规范为G.652光纤。光纤。其特点是当工作波长其特点是当工作波长在在1.3 m时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰时，光纤色散很小，系统的传输距离只受光纤衰减所限制。减所限制。但这种光纤在但这种光纤在1.3 m波段的损耗较大，约为波段的损耗较大，约为0.30.4 d

34、B/km；在在1.55 m波段的损耗较小，约为波段的损耗较小，约为0.20.25 dB/km。色散在色散在1.3 m波段为波段为3.5ps/(nmkm)；在在1.55 m波段的损耗较大，约为波段的损耗较大，约为20 ps/(nmkm)。第四十五页，讲稿共六十六页哦这种光纤可用于在这种光纤可用于在1.55 m波段的波段的2.5 Gb/s的干线系统，的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输但由于在该波段的色散较大，若传输10 Gb/s的信号，当传的信号，当传输距离超过输距离超过50千米时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模千米时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。块。它属于第一代单模光纤，不适用于

35、它属于第一代单模光纤，不适用于DWDM系统。系统。该该类光纤从类光纤从2000年版的年版的A、B、C三种规格发展到三种规格发展到2003年版的年版的A、B、C、D四种规格。四种规格。新建议（新建议（2005年年6月发布）仍维持了四月发布）仍维持了四种规格，但在模场直径、种规格，但在模场直径、芯芯/包层同心度误差、包层同心度误差、包层不圆度等包层不圆度等性能上作了进一步的提高。性能上作了进一步的提高。第四十六页，讲稿共六十六页哦2.G.653色散位移光纤色散位移光纤G.652光纤低衰减和零色散不在同一工作波长上的特光纤低衰减和零色散不在同一工作波长上的特性使其在工程应用上受到了一定的限制。性使其

36、在工程应用上受到了一定的限制。为此，开发为此，开发了一种将零色散波长从了一种将零色散波长从1.3 m移到移到1.55 m的光纤，即满的光纤，即满足足ITU-T G.653要求的单模光纤，常称色散位移光纤（要求的单模光纤，常称色散位移光纤（DSF，DispersionShifted Fiber）。）。第四十七页，讲稿共六十六页哦色散位移光纤在色散位移光纤在C波段和波段和L波段的色散很小，在波段的色散很小，在1.55 m是零色散，系统速率可达到是零色散，系统速率可达到20 Gb/s和和40 Gb/s，是单波长超，是单波长超长距离传输的最佳光纤。长距离传输的最佳光纤。这种光纤在有些国家，特别在这种光

37、纤在有些国家，特别在日本被推广使用，我国京九干线上也有所采纳。日本被推广使用，我国京九干线上也有所采纳。美国美国AT&T早期发现早期发现DSF的严重不足，即由于其零色散的特性，的严重不足，即由于其零色散的特性，在采用在采用DWDM扩容时会出现非线性效应，产生四波混频扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（FWM），导致信号串扰，因此不太适用于），导致信号串扰，因此不太适用于DWDM。但在日本，将色散补偿技术用于但在日本，将色散补偿技术用于G.653单模光纤线路，仍可单模光纤线路，仍可解决问题。解决问题。第四十八页，讲稿共六十六页哦3.G.654衰减最小光纤衰减最小光纤G.654衰减最小光纤是为了

38、满足海底光缆长距离通信的需衰减最小光纤是为了满足海底光缆长距离通信的需求而开发的，它是一种应用于求而开发的，它是一种应用于1.55 m波长的纯石英芯单模波长的纯石英芯单模光纤，它在该波长附近的衰减最小，仅为光纤，它在该波长附近的衰减最小，仅为0.185 dB/km。G.654光纤在光纤在1.3 m波长区域的色散为零，在波长区域的色散为零，在1.55 m波长区波长区域色散较大，为域色散较大，为1720 ps/(nmkm)。第四十九页，讲稿共六十六页哦4.G.655 非零色散光纤非零色散光纤色散位移光纤不利于多信道色散位移光纤不利于多信道WDM传输的缺点促使了传输的缺点促使了G.655非零色散位移

39、光纤（非零色散位移光纤（NZ-DSF）的研制。）的研制。非零色散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，其零色散波长不在不在1.55 m处，处，而是在而是在1.525 m和和1.585 m处。处。它在它在C波段的色散为波段的色散为16 ps/(nmkm)，在，在L波段的色散一般为波段的色散一般为610 ps/(nmkm)，色散较小，又避开了零色散区，既抑，色散较小，又避开了零色散区，既抑制了四波混频制了四波混频FWM，可采用，可采用DWDM扩容，也可以开通高扩容，也可以开通高速系统。速系统。第五十页，讲稿共六十六页哦ITU-T 2003年年6

40、月发布了月发布了G.655的五种规格（即的五种规格（即G.655A、B、C、D、E），其中），其中C、D、E拟为主要应用和发展的拟为主要应用和发展的规格。规格。LuCent公司和康宁公司的公司和康宁公司的G.655光纤，分别叫做真波光纤，分别叫做真波光纤和光纤和SMF-LSTM光纤。光纤。真波光纤的零色散点在真波光纤的零色散点在1.53 m以下短波长区，在以下短波长区，在1.5491.561 m的色散系数为的色散系数为 2.03.0 ps(nmkm)；SMF-LSTM光纤的零色散点在长波长区光纤的零色散点在长波长区1570 nm附近，系统工作在色散负区，在附近，系统工作在色散负区，在1545

41、nm的色散值为的色散值为-1.5 ps(nmkm)。第五十一页，讲稿共六十六页哦新型的新型的G.655光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的1.52倍，大的有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非倍，大的有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。线性效应。国际上陆续又开发出了一系列新型通信单模光国际上陆续又开发出了一系列新型通信单模光纤，如大有效面积非零色散位移单模光纤包括康宁的纤，如大有效面积非零色散位移单模光纤包括康宁的LEAF和朗讯和朗讯True Wave XL、低色散斜率光纤低色散斜率光纤True Wave RS、斜率降低的大有效面积非零色散位移单模光

42、纤、斜率降低的大有效面积非零色散位移单模光纤、色色散平坦型非零色散位移单模光纤以及斜率补偿单模光纤等。散平坦型非零色散位移单模光纤以及斜率补偿单模光纤等。第五十二页，讲稿共六十六页哦5.色散补偿光纤色散补偿光纤色散补偿光纤（色散补偿光纤（DCF，Dispersion Compensating Fiber）是具有大的负色散光纤。）是具有大的负色散光纤。它是针对现已敷设的它是针对现已敷设的1.3 m标准单模光纤而设计的一种新型单模光纤。标准单模光纤而设计的一种新型单模光纤。为了现已为了现已敷设的敷设的1.3 m光纤系统采用光纤系统采用WDM/EDFA技术，就必须将光纤技术，就必须将光纤的工作波长从

43、的工作波长从1.3 m改为改为1.55 m，而标准光纤在，而标准光纤在1.55 m波波长的色散不是零，而是正的（长的色散不是零，而是正的（1720）ps/(nmkm)，并且具，并且具有正的色散斜率，所以必须在这些光纤中加接具有负色散的色有正的色散斜率，所以必须在这些光纤中加接具有负色散的色散补偿光纤，进行色散补偿，以保证整条光纤线路的总色散近散补偿光纤，进行色散补偿，以保证整条光纤线路的总色散近似为零，从而实现高速率、似为零，从而实现高速率、大容量、大容量、长距离通信。长距离通信。几种光纤几种光纤的性能比较见表的性能比较见表2-3。第五十三页，讲稿共六十六页哦第五十四页，讲稿共六十六页哦G.6

44、55非零色散位移光纤是为了克服色散位移光纤的四非零色散位移光纤是为了克服色散位移光纤的四波混频而设计的，使传输距离增大到波混频而设计的，使传输距离增大到600 km而不必进行色散而不必进行色散补偿，但是在收发两端色散补偿仍是必需的。补偿，但是在收发两端色散补偿仍是必需的。而而NZ-DSF的的WDM系统要求色散补偿光纤除补偿色散和色散斜率外，还提系统要求色散补偿光纤除补偿色散和色散斜率外，还提出非线性和弯曲损耗小的要求。出非线性和弯曲损耗小的要求。为此为此又开发了专为补偿又开发了专为补偿NZ-DSF的色散补偿光纤。的色散补偿光纤。据据FC2001报道，报道，已研制出能够抑制自相位调制的已研制出能

45、够抑制自相位调制的DCF。第五十五页，讲稿共六十六页哦6.G.656宽带光传输非零色散光纤宽带光传输非零色散光纤为了进一步规范各个著名光纤制造厂商宽带光传输用为了进一步规范各个著名光纤制造厂商宽带光传输用非零色散位移光纤的性能指标，非零色散位移光纤的性能指标，2004年年6月，月，ITU-T发布了发布了宽带光传输用非零色散光纤（宽带光传输用非零色散光纤（G.656单模光纤），即在宽范单模光纤），即在宽范围的工作波长围的工作波长1.461.625 m内，其色散非零。内，其色散非零。G.656光纤实质上是一种宽带非零色散平坦光纤，其光纤实质上是一种宽带非零色散平坦光纤，其特点是在工作波长范围内色散

46、应大于所要求的非零值，特点是在工作波长范围内色散应大于所要求的非零值，有效面积合适，色散斜率基本为零。有效面积合适，色散斜率基本为零。第五十六页，讲稿共六十六页哦因此，因此，G.656光纤既可以显著降低系统的色散补偿成本，光纤既可以显著降低系统的色散补偿成本，又可进一步的发掘石英玻璃光纤潜在的巨大带宽。又可进一步的发掘石英玻璃光纤潜在的巨大带宽。使用使用G.656光纤时，可保证通道间隔光纤时，可保证通道间隔100 GHz、40 Gb/s系统至少传输系统至少传输40 km。G.656光纤本质上仍属于非零色散位移光纤，它与光纤本质上仍属于非零色散位移光纤，它与G.655光线比较，不同的是：光线比较

47、，不同的是：（1）具有更宽的工作带宽。具有更宽的工作带宽。G.655光纤工作带宽为光纤工作带宽为1.531.565 m（C+L波段），而波段），而G.656光纤工作带宽为光纤工作带宽为1.461.625 m（S+C+L波段），将来还可能继续拓宽，以充波段），将来还可能继续拓宽，以充分发掘石英玻璃光纤的巨大潜力。分发掘石英玻璃光纤的巨大潜力。第五十七页，讲稿共六十六页哦（2）色散斜率更小（更平坦），能够更显著地降低色散斜率更小（更平坦），能够更显著地降低DWDM系统的色散补偿成本。系统的色散补偿成本。G.656光纤是色散斜率基本为零、光纤是色散斜率基本为零、工作波长范围覆盖工作波长范围覆盖S+C

48、+L波段的宽带光传输的非零色散位移光纤。波段的宽带光传输的非零色散位移光纤。它可在它可在N10 Gb/s系统传输系统传输4000 km以上，或者支持以上，或者支持N40 Gb/s系统系统传输传输400 km以上。以上。而且而且G.656光纤特别适合作为通道间隔光纤特别适合作为通道间隔100 GHz，传输速率传输速率40 Gb/s，传输距离，传输距离400 km的的DWDM或或者者CWDM系统的光传输。系统的光传输。第五十八页，讲稿共六十六页哦7.G.657接入网用弯曲不敏感单模光纤接入网用弯曲不敏感单模光纤该种光纤是该种光纤是ITU-T于于2006年年2月的会议上提出计划开发的两月的会议上提出

49、计划开发的两个新建议之一，即用于接入网的单模光纤光缆特性，现已通个新建议之一，即用于接入网的单模光纤光缆特性，现已通过。过。G.657标准规定了对弯曲损耗不敏感的单模光纤及光缆特标准规定了对弯曲损耗不敏感的单模光纤及光缆特性。性。规定的光纤的主要特点就是弯曲损耗低、规定的光纤的主要特点就是弯曲损耗低、弯曲直径小、弯曲直径小、具有优异的耐弯曲特性、具有优异的耐弯曲特性、其弯曲半径可实现常规其弯曲半径可实现常规G.652光纤光纤弯曲的弯曲的1/21/4。它含有两个子类别，即它含有两个子类别，即G.657A和和G.657B。第五十九页，讲稿共六十六页哦G.657A型光纤的其他性能，型光纤的其他性能，

50、即应用环境和即应用环境和G.652D型光纤相近，可在型光纤相近，可在1.261.625 m的宽波长范围内工作；的宽波长范围内工作；而而G.657B型光纤主要工作于型光纤主要工作于1.31 m、1.55 m和和1.625 m三个波长窗口，更适宜安装到室内或大楼等狭窄三个波长窗口，更适宜安装到室内或大楼等狭窄的场所实现的场所实现FTTH等信息传输。等信息传输。第六十页，讲稿共六十六页哦2.5 光光 缆缆 一般用于通信的光纤是石英光纤，石英材料本身脆一般用于通信的光纤是石英光纤，石英材料本身脆弱容易断裂，虽然在光纤的拉制过程中已经过了两次涂弱容易断裂，虽然在光纤的拉制过程中已经过了两次涂敷处理，但外