光纤及光缆线路

《光纤及光缆线路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤及光缆线路（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、光纤及光缆线光纤及光缆线 路路贵州省邮电科研规划设计院二六年八月张弘 6500656一、光纤通信 1. 光纤通信的定义 光纤通信（optical fiber communication）是以激光为光 源，将各种电信号对光波进行调制后，以光导纤维为 传输介质进行的通信。具有传输容量大、抗电磁干扰 能力强等突出优点，是构成信息高速公路骨干网的主 要通信方式。光纤线路光源光调制器光检测器基带处理基带处理基带电信号基带电信号调制电信号解调电信号已调 光信号2. 光纤通信的起源 1966年，英籍华人高锟最先提出用玻璃纤维 进行远距离激光通信的设想。1973年，美国 康宁公司制成每千米传输损耗只有20分贝

2、的 光纤。同年，美国贝尔实验室研制出能在常 温下连续工作的半导体激光器。这两项技术 突破为光纤通信的实现铺平了道路。1976年 ，美国在芝加哥两个相距7千米的电话局间首 次进行了光纤通信试验，实现了一根光纤能 够同时容纳8000对人通话。3. 光纤通信与传统 有线电通信的区别 光纤通信不同于有线电通信，后者是利 用金属媒体传输信号，光纤通信则是利 用透明的光纤传输光波。虽然光和电都 是电磁波，但频率范围相差很大。一般 通信电缆最高传输频率约9-24兆赫(10 Hz)，光纤工作频率在10 -10 Hz之间 。4. 光纤通信的主要特点 4.1. 容量大，光纤的工作频率与电缆相比高出8-9个 数量级

3、。 4.2. 衰减小，中继段距离长（100-150Km）。 4.3. 光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。 4.4. 无辐射、泄漏小，难于窃听，防干扰性能好。光 纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗 电磁脉冲能力也很强，保密性好。 4.5. 材料来源丰富、环保，节约有色金属。传统的通 信电缆要耗用大量的铜、铝等，光纤通信的发展将 节约大量有色金属。 4.6. 成本低。目前市场上各种电缆金属材料价格不断 上涨，而光纤价格则越来越低，这为光纤通信得到 迅速发展创造了重要的前提条件。 4.7. 光缆适应性强，寿命长。 二、光纤及光缆 1. 光纤的结构及传输原理 构成光纤的材料是石英纤维（Si

4、O2） ;光纤由内芯和包层组成，芯的折射率 略大于包层，利用光在内芯的折射或 在芯与包层界面上的全反射实现光的 传播。 n1n2n1SIFGIF纤芯n1包层n2涂覆层未套塑的光纤结构光波在光纤中传送2. 光纤的传输特性 2.1. 衰耗（Attenuation） 光波在光纤中传输，随着传输距离的增 加光功率将逐渐下降。衰耗的成因和种类 2.1.1. 吸收损耗 是由SiO2材料引起的 固有吸收和由杂质（如HO）引起的吸 收产生的。 2.1.2. 散射损耗 主要由材料微观密度 不均匀引起的瑞利(Rayleigh)散射和由 光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生 的。 2.1.3. 波导结构损耗 纤芯与

5、包层交界 面并非理想光滑的圆柱面而使光能泄漏 到纤芯外造成的损耗。 瑞利散射损耗是光纤的固有损耗， 它决定着光纤损耗的最低理论极限。 2.1.4. 其它附加损耗 如：微弯损耗、 弯曲损耗、接续损耗等。 光纤的损耗影响了系统的传输距离，目前的技术已 经基本上达到了光纤衰减的理论极限，而光纤放大 器的出现解决了衰减对光传输系统的限制。单信道全光中继数字通信光-电-光中继的数字通信目前实用化的光纤放大器中主要有：掺铒光纤放大器（EDFA）半导体光放大器（SOA）光纤拉曼放大器（FRA）光 纤2.2. 色散（Dispersion） 由于不同的波长具有不同的速度，光脉 冲经光纤传输达出射端时光脉冲会发生

6、 时间展宽。发射端接收端色散的成因和种类 2.2.1. 模式色散 多模光纤中由于各种传输模式的传 输路径不同，达出射端的时间也不同，从而发展的 光脉冲展宽。 2.2.2. 材料色散 由于光纤材料的折射率随光波长而 变化，使得信号各频率成分的群速不同而引起的脉 冲展宽(V=C/n)。 2.2.3. 波导色散 由于波导结构不完整, 可能引起一少 部分频率高或波长短的光线进入包层。由于包层的 折射率低于芯部的折射率,于是包层中光脉冲的传输 速度要大于芯部中光脉冲的传播速度，而使光脉冲 被展宽形成色散，也称为结构色散。速 率1550nm（G.652）1550nm（G.655 ）1310nm（G.652

7、 ）2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km70km100km40Gb/s3.6km18km25km受色散限制的无中继距离大致理论值1.对高速传输系统来说，色散并非越小越好，否则会存在非线性效应，降低系 统性能；2.色散斜率同样重要，大的斜率会导致边缘信道的色散累积量差别的增大，同 样会影响系统性能。光纤的色散将影响系统的容量和传输距离，采用色散 补偿光纤（DCF）和色散补偿模块（DCM）配合光放 大器，可解决色度（波长）色散对光纤系统的限制。2.3. 偏振模色散（PMD） 实际光纤不可避免地存在一定缺陷，如纤芯 椭圆度和

8、内部残余应力，使两个偏振模的传 输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏 振模色散或双折射色散。Polarization Mode Dispersion 偏振模色散本质上是模式色散，由于模式耦 合是随机的， 因而它是一个统计量。 一般要求偏振模色散小于0.5ps / nmkm，而 以目前生产工艺水平，已可达0.2 ps / nmkm 。 由于存在偏振模色散，即使在色度色散 C()=0的波长，带宽也不是无限大。在单模光纤传输中，光波的基模含有两个相互垂直的偏振 模。如果光纤的几何尺寸具有理想的均匀对称性而且没有应力 ，这两个偏振模将以相同的速率在光纤中传播，到达光纤另一 端的时间也没有任何延迟。但

9、在实际的光纤中，这两个偏振模 以不同的速率传播，因而到达光纤另一端就存在一个时间差， 单位长度上的时间差就称为PMD系数。 受PMD限制的无中继距离大致理论值采用PMD补偿器件导致PMD产生的原因1、内在的：芯层、包层的圆度；芯/包层同心度；气泡； 玻璃表面应力；涂料的不圆度和同心度2、外在的：受挤压；弯曲；扭曲 在通信速率较低的情况下，偏振模色散还不 足以影响系统传输。随着光纤通讯和色散补 偿方案的迅速发展，一些高速传输系统的传 输速率已达到了几十Gb/s，PMD已成为限制高速光纤通信系统容量和距离的最终因素。 由于偏振模色散是随机的统计量性，除了不 断完善和提高生产工艺水平以降低PMD系数

10、 外，目前对于PMD的补偿还很困难，目前 PMD已成为国际上光通信研究的热点。2.4. 光纤的衰减和色散频率曲 线3. 光纤类型及特点 3.1. 光纤标准和应用 G.651 多模渐变型(GIF)光纤 应用于中小容 量、中短距离的通信系统。 G.652 常规单模光纤 是第一代单模光纤 (SMF) ，其特点是在波长1.31 m色散为零， 系统的传输距离只受损耗的限制。 G.653 色散移位光纤 是第二代单模光纤， 其特点是在波长1.55 m色散为零，损耗又最 小。这种光纤适用于大容量长距离通信系统 。 G.654 截止波长位移单模光纤，1.55 m损耗最小的 单模光纤其特点是在波长1.31 m色散

11、为零，在1.55 m色散为1720 ps/(nmkm)，和常规单模光纤相同， 但损耗更低，可达0.20 dB/km以下，且截止波长移到 了较长波长， 。 G.655 非零色散光纤 是一种改进的色散移位光纤， 其零色散波长不在1550nm附近，在使用波长区域具 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。适用于超大容 量（DWDM）长距离通信系统。 色散补偿光纤 其特点是在波长1.55 m具有大的负 色散，用于长距离大容量系统中色散的补偿。3.2. ITU-T G.652.A/B/C/D指 标 光 纤 属 性参 数G.652.AG.652.BG.652.CG.6

12、52.D1310nm模场直径，m(8.6 9.5)0.7(8.6 9.5)0.7(8.6 9.5)0.7(8.6 9.5)0.7包层直径，m125.0 1125.01125.01125.0 1芯同心度误差，m0.80.80.80.8包层不圆度，%2222光缆截止波长，nm1260126012601260筛选应力，Gpa0.690.690.690.69宏弯衰减，dB30mm半径 100圈 0.5 (1550nm)30mm半径 100圈 0.5 (1625nm)30mm半径 100圈 0.5 (1625nm)30mm半径 100圈 0.5 (1550nm) 0.5 (1625nm) 最小零色散波长

13、min ，nm1300130013001300最大零色散波长max ，nm1324132413241324零色散波长最大斜率 Smaxps/(nm2.km)0.0930.0930.0930.093未成缆光纤PMD系数， ps/km见注1见注1见注1见注1光 缆 属 性1310nm衰减系数最大值 ，dB/km0.50.4未规定未规定(13833)nm衰减系数 最大值，dB/km未规定未规定规定，见注2规定，见注21550nm衰减系数最大值 ，dB/km0.40.350.30.31625nm衰减系数最大值 ，dB/km未规定0.4未规定未规定1310nm1625nm衰减系数最 大值，dB/km,

14、（见注3）未规定未规定0.40.4PMD 系数光缆段数M20202020概率Q，%0.010.010.010.01PMD系数链路 设计最大值 PMDQ， ps/km0.50.20.50.2注1 ：对于特定光缆结构设计如果已经证明，未成缆光纤最大 PMD系数某一数值能够满足链路设计最大值PMDQ的要求 ，光缆制造者则可规定未成缆光纤最大的PMD系数值。 注2： 在波长（13833）nm 的抽验衰减平均值应不大于按照对于IEC 60793-2-50规定的单模光纤经过氢气老化试验后 在1310nm的规定值 。 注3: 波长区域能扩展到1260nm，导入的瑞利散射损耗相对于1310nm会增加0.07

15、dB/km，这时光缆截止波长应不超过 1250nm。工作波长范围比常规单模光纤展宽了100nm，这 意味着更多的WDM信道或较宽的信道间隔；这 二者都有利于降低系统费用。在1360-1460nm波长范围的色散只有常规单模光 纤在1550nm色散值的1/2以下，这意味着在不需 色散补偿情况下的传输距离可增加一倍多；有利 于降低系统费用。利用低水峰光纤，可在不同的波段进行不同的传 输，提供多种服务。可将不同的服务分配到最适 宜的波段，方便经济。低水峰光纤可以应用于长途传输、城域网和接入 网。3.3. G.652C、G.652D光纤的 特点3.4. G.652光纤的演变B相对于A的主要进步是PMD从

16、0.5ps/km降低到0.2ps/km；C相对于A和B的主要进步是降低了水峰；D相对于C的进步是PMD从0.5ps/km降低到0.2ps/km；为了G.652.B、G.652.C、G.652.D光纤可以使用在L-波段，所以规定了1625nm波长宏弯损耗要求，同时删除了1550nm 宏弯损耗要求。而对A没有规定1625nm波长宏弯损耗；保留了1550nm 宏弯损耗要求。G.652.A和G.652.C光纤PMD系数链路设计最大值PMDQ为0.5 ps/km，G.652.B和G.652.D光纤 PMD系数链路设计最大值PMDQ为0.2 ps/km。除了水峰特性之外，G.652.C光纤的属性与G.652A的属性是类似的； G.652