【2017年整理】关于光纤的基础知识

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1、关于光纤的基础知识一、光纤接入网的拓朴结构 电信网络最基本的拓朴结构有线形、星形和环形，由这 3 种基本结构组合而成的有双星形。环形星形、双环形、树形、网状网等等。其中线形、星形（包括多星形）、树形、网状网结构是适用于光纤接入网的拓朴结构。 1线形网络结构上、下业务灵活，可以节省光纤，简化设备，因此有广泛的应用前景。 2 星形网络结构无论是其容量还是其业务服务内容都可以根据需要进行扩容、升级；并且，多星形结构馈线部分的复用系数很大，所以，采用星形类结构，可以大大节省光纤数量和建设成本，是光纤投入网发展中最主要的网络拓朴结构。 3树形网络结构适用于广播式信息传递，其应用有一定的局限性。但是在有线

2、电视或采用 TDMA 或 CDMA 技术的电信光源光网络（PON）中有很大的应用前景。 4 网状网结构经济、灵活、维护运行费用低，网络升级方便，在接入网中具有很大的优越性。 二、光纤用户接入系统的组成 目前，接入网的用户终端设备都属于电气设备（如计算机。电话机、传真机、电话机等），所以在局端和用户端之间，以光波作为载波，光纤作为传输媒介时，在两端都要进行光信号与电信号之间的转换。光通信系统的组成主要有光源、光纤、光检测器。 发端的光源在电信号的作用下，发出与之时应的光信号，完成电光转换的任务。常用的光源有半导体激光二极管和半导体发光二极管。 接收端收到从发端经过光纤送来的光载波时，首先由光检测

3、器把收到的光信号转换成对应的电信号，再经过放大均衡，还原成所需要的电信号。可见，光检测器是光信号接收的关键器件。在光纤通信中，常用的光检测器有PIN 光电二极管和雪崩光电二极管。 光纤在信号的传输过程中起着媒介的作用。光纤按其传输模式可分为单模光纤和多模光纤。在光纤中只能传送一个模式时称为单模光纤，同时传送多个模式时称为多模光纤。目前，在光纤通信系统中使用的载波波长有 3 个： 0.85pm、1.31pm、1.55pm。第 1 代光纤通信系统使用的是 0.85pm 波长，多模光纤；第 2、3 代光纤通信系统使用的是 1.31pm 波长，多模光纤和单模光纤；最新的第 4 代光纤通信系统是用 1.

4、55pm 波长，单模光纤。光纤的工作频带宽，传送的信号频率高，能满足全业务传输的需要。 光缆一般是指有外包护套的成品光缆，光纤一般是指光缆内用于传输的纤芯，半但有人也把光缆称为光纤按传输模式分 按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。 多模光纤的纤芯直径为 5062.5m，包层外直径 125m，单模光纤的纤芯直径为8.3m，包层外直径 125m。光纤的工作波长有短波长 0.85m、长波长 1.31m 和1.55m。光纤损耗一般是随波长加长而减小，0.85m 的损耗为 2.5dB/km,1.31m 的损耗为 0.35dB/km，1.55m 的损耗为 0.20dB/km，这是光纤的最低损

5、耗，波长 1.65m 以上的损耗趋向加大。由于 OH的吸收作用， 0.901.30m 和 1.341.52m 范围内都有损耗高峰，这两个范围未能充分利用。80 年代起，倾向于多用单模光纤，而且先用长波长1.31m。 多模光纤 多模光纤(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗 (50 或 62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM 的光纤在 2KM 时则只有 300MB 的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 单模光纤 单模光纤(Single Mode Fiber)：中心玻璃

6、芯很细(芯径一般为 9 或 10m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在 1.31m 波长处，单模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。这就是说在 1.31m 波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31m 处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31m 波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31m 常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟 ITUT 在 G652 建议中确定的，

7、因此这种光纤又称 G652 光纤。顾名思义，单模光纤就是光纤中只能传一种模式的光信号，而多模光纤可传多种模式的光信号。光纤是一种光波导，因而光波在其中传播也存在模式问题。模式是指传输线横截面和纵截面的电磁场结构图形，即电磁波的分布情况。一般来说，不同的模式有不同的的场结构，且每一种传输线都有一个与其对应的基模或主模。基模是截止波长最长的模式。除基模外，截止波长较短的其它模式称为高次模。根据光纤能传输的模式数目，可将其分为单模光纤和多模光纤。 具体什么叫“模式” 不太容易解释，建议你有兴趣的话参考下 光纤光学或光纤通信这两本书。多模光纤大都是在 850nm 段的，传输距离比较短，因为衰减很厉害；

8、而单模光纤可传很远。单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径，也可以极其粗略地认为模场直径 d 和单模光纤的纤芯直径相近。当光纤的归一化频率 V 小于其归一化截止频率 Vc 时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余的高次模全部截止。 就是说，除了光纤的参量如纤芯半径，数值孔径必须满足一定条件外，要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值，即 c，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。多模光纤目录隐藏多模光纤的应用潜力 1.新一代多模光纤的类型 2.新一代多模光纤光源 3.新一代多模光纤的带宽 4.光源的注入 多 模 光 纤 电 缆 容

9、 许 不 同 光 束 于 一 条 电 缆 上 传 输 ， 由 于 多 模 光 缆 的 芯 径 较 大 ， 故 可 使 用 较为 廉 宜 的 偶 合 器 及 接 线 器 ， 多 模 光 缆 的 光 纤 直 径 为 50m 至 100m。 基 本 上 有 两 种 多 模 光 缆 ， 一 种 是 梯 度 型 （ graded） 另 一 种 是 引 导 型 （ stepped）， 对 于 梯 度 型 （ graded） 光 缆 来 说 ， 芯 的 折 光 系 数 （ refraction index)于 芯 的 外 围 最小 而 逐 渐 向 中 心 点 不 断 增 加 ， 从 而 减 少 讯 号 的

10、振 模 色 散 ， 而 对 引 导 型 （ Stepped Inder） 光 缆 来 说 ， 折 光 系 数 基 本 上 是 平 均 不 变 ， 而 只 有 在 色 层 （ cladding） 表 面 上 才 会突 然 降 低 引 导 型 （ stepped） 光 缆 一 般 较 梯 度 型 （ graded） 光 缆 的 频 宽 为 低 。 在 网 络应 用 上 ， 最 受 欢 迎 的 多 模 光 缆 为 62.5/125， 62.5/125 意 指 光 缆 芯 径 为 62.5m 而 色层 （ cladding） 直 径 为 125m， 其 他 较 为 普 通 的 为 50/125 及 1

11、00/140。相 对 于 双 绞 线 ， 多 模 光 纤 能 够 支 持 较 长 的 传 输 距 离 ， 在 10mbps 及 100mbps 的以 太 网 中 ， 多 模 光 纤 最 长 可 支 持 2000 米 的 传 输 距 离 ， 而 于 1GpS 千 兆 网 中 ， 多 模 光纤 最 高 可 支 持 550 米 的 传 输 距 离 。业 界 一 般 认 为 当 传 输 距 离 超 过 295 尺 ， 电 磁 干 扰 非 常 严 重 ， 或 频 宽 需 要 超 过 350MHz， 那 便 应 考 虑 采 用 多 模 光 纤 代 替 双 绞 线 作 为 传 输 载 体 。多 模 光 纤

12、产 品 选 用 指 南1多 模 光 纤 的 芯 线 标 称 直 径 规 格 为 62.5m/125m.或 50m/125m.。 规 格 （ 芯数 ） 有 2、 4、 6、 8、 12、 16、 20、 24、 36、 48、 60、 72、 84、 96 芯 等 。 线 缆 外 护层 材 料 有 普 通 型 ； 普 通 阻 燃 性 ； 低 烟 无 卤 型 ； 低 烟 无 卤 阻 燃 型 。当 用 户 对 系 统 有 保 密 要 求 ， 不 允 许 信 号 往 外 发 射 时 ， 或 系 统 发 射 指 标 不 能 满 足 规 定时 ， 应 采 用 屏 蔽 铜 芯 对 绞 电 缆 和 屏 蔽 配

13、 线 设 备 ， 或 采 用 光 缆 系 统 。 编 辑 本 段 多 模 光 纤 的 应 用 潜 力九 十 年 代 多 模 光 纤 在 世 界 光 纤 市 场 一 直 占 有 稳 定 分 额 。九 十 年 代 中 期 以 来 世 界 多 模 光 纤 市 场 基 本 保 持 在 7 8 的 光 纤 用 量 和 14 15的 销 售 份 额 。 北 美 比 这 一 大 致 平 均 比 例 偏 高 。 表 4 中 世 界 多 模 光 纤 用 量 和 销 售 额 的 比例 分 别 为 4 和 11 ， 这 是 由 于 当 年 非 零 色 散 位 移 光 纤 猛 增 159 ， 达 到 1260 万 公

14、里 ， 使 其 他 品 种 比 例 下 降 ， 多 模 光 纤 实 际 用 量 仍 保 持 相 应 水 平 。七 十 年 代 光 纤 进 入 实 用 化 阶 段 是 从 多 模 光 纤 的 局 间 中 继 开 始 的 。 二 十 多 年 以 来 ， 单模 光 纤 新 品 种 不 断 出 现 ， 光 纤 功 能 不 断 丰 富 和 增 强 ， 性 能 价 格 比 不 断 苛 求 ， 但 多 模 光 纤并 没 有 被 取 代 而 是 始 终 保 持 稳 定 的 市 场 份 额 ， 和 其 他 品 种 同 步 发 展 。 其 原 因 是 多 模 光 纤的 特 性 正 好 满 足 了 网 络 用 纤

15、的 要 求 。 相 对 于 长 途 干 线 ， 光 纤 网 络 的 特 点 是 ： 传 输 速 率 相对 较 低 ； 传 输 距 离 相 对 较 短 ； 节 点 多 、 接 头 多 、 弯 路 多 ； 连 接 器 、 耦 合 器 用 量 大 ； 规 模小 ， 单 位 光 纤 长 度 使 用 光 源 个 数 多 。传 输 速 率 低 和 传 输 距 离 短 正 好 可 以 利 用 多 模 光 纤 带 宽 特 性 和 传 输 损 耗 不 如 单 模 光 纤的 特 点 。 但 单 模 光 纤 更 便 宜 、 性 能 比 多 模 好 ， 为 什 么 网 络 中 不 用 单 模 光 纤 呢 ？ 这 是

16、因 为上 述 网 络 特 点 中 弯 路 多 损 耗 就 大 ； 节 点 多 则 光 功 率 分 路 就 频 繁 ， 这 都 要 求 光 纤 内 部 有 足够 的 光 功 率 传 输 。 多 模 光 纤 比 单 模 光 纤 芯 径 粗 ， 数 值 孔 径 大 ， 能 从 光 源 耦 合 更 多 的 光 功率 。 网 络 中 连 接 器 、 耦 合 器 用 量 大 ， 单 模 光 纤 无 源 器 件 比 多 模 光 纤 贵 ， 而 且 相 对 精 密 、允 差 小 ， 操 作 不 如 多 模 器 件 方 便 可 靠 。 单 模 光 纤 只 能 使 用 激 光 器 （ LD） 作 光 源 ，其 成 本 比 多 模 光 纤 使 用 的 发 光 二 极 管 （ LED） 高 很 多 。 尤 其 是 网 络 规 模 小 ， 单 位 光 纤长 度 使 用 光 源 个 数 多 ， 干 线 中 可 能 几 百 公 里 用 一 个 光 源 ， 而 十