光纤基础知识简介

1、光纤简介一、光纤概述光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。二、光纤工作波长光是一种电磁波。可见光部分波长范围是：390nm760nm(纳米)，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。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，

2、1.31m的损耗为0.35dB/km，1.55m的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65m以上的损耗趋向加大。三、光纤分类光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，各种分类如下。（1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85m、1.3m、1.55m）。（2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。 （3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。（4）原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红

3、外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。（5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD）等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。四、单模光纤及多模光纤光纤是一种光波导，因而光波在其中传播也存在模式问题。所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。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及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。多模光纤

4、允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散（因为每一个模光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同，这种特征称为模分散）。模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离。单模光纤只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散特性。（1）单模光纤单模光纤(Single Mode Fiber)的中心高折射率玻璃芯直径有三种型号：8m、9m和10m，只能传一种模式的光。相同条件下，纤径越小衰减越小，可传输距离越远。中心波长为1310nm或1550nm。单模光纤用激光器作为光源。单模光纤用于主干、大容量、长距离的系统。单模口发射功率范围一般在0dBm左右，一些超长距接口会高达+5dBm，接收功率的范围在-23

5、 dBm到0dBm之间。（注：最大可接收功率叫做过载光功率，最小可接收功率叫做接收灵敏度。工程上要求正常工作接收光功率小于过载光功率35dBm，大于接收灵敏度35dBm。一般来讲不管单模接口还是多模接口，实际接收功率在-5至-15dBm之间算比较合理的工作范围。）单模光纤模间色散很小，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。（2）多模光纤多模光纤(Multi Mode Fiber)的中心高折射率玻璃芯直径有两种型号：62.5m和50m，可传多种模式的光。中心波长为多为850nm，也有用1310nm。多模光纤用发光二极管

6、作为光源。多模光纤用于小容量，短距离的系统。多模口发射功率比单模口小，及GBIC或SFP的型号直接相关，一般在-9.5dBm到-4dBm之间；多模口接收功率一般在-20dBm到0dBm之间。（注：最大可接收功率叫做过载光功率，最小可接收功率叫做接收灵敏度。工程上要求正常工作接收光功率小于过载光功率35dBm，大于接收灵敏度35dBm。一般来讲不管单模接口还是多模接口，实际接收功率在-5至-15dBm之间算比较合理的工作范围。）多模光纤模间色散较大，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

7、比较近，一般只有几公里。新一代多模光纤是一种50/125m，渐变折射率分布的多模光纤。采用50m芯径原因有：（1）50m光纤中传输模的数目大约是62.5m多模光纤中传输模的1/2.5。这可有效降低多模光纤的模色散，增加带宽。对850nm波长，50/125m比62.5/125m多模光纤带宽可增加三倍（500MHz.km比160MHz.km）。（2）以前，LED光源的输出功率低，发散角大，连接器损耗大，使用芯径和数值孔径大的光纤以使尽多光功率注入是必须考虑的，因此62.5m多模光纤应用较广。随着技术的进步，LED输出功率和发散角的改进、连接器性能的提高，尤其是使用了VCSEL，光功率注入已不成问题

8、。（3）光纤标识单模光纤上印的型号字有：SM、Single Mode Fiber、9/125、B1.1、LX、等，单模跳纤多为黄色。（注：1表示中心束管，B表示单模）多模光纤上印的型号字有：MM、Multi Mode Fiber、A1a、50/125、A1b、62.5/125、SX等，单模跳纤多为橙色。（注：A表示多模，a表示50/125，b表示62.5/125）SX/LH表示可以使用单模或多模光纤。五、跳纤及尾纤光纤跳线：来做从设备到光纤布线链路的跳接线。有较厚的保护层，一般用在光端机和终端盒之间的连接。(也就是双头)下图为集中常见的跳线。光纤尾纤：只有一端有连接头，而另一端是一根光缆纤芯的

9、断头，通过熔接及其他光缆纤芯相连，常出现在光纤终端盒内，用于连接光缆及光纤收发器）（也就是单头）。在生产中，为了便于测试，均生产为跳纤，即两头均有光纤连接器，施工时，从中间剪断，一根跳纤即成了两根尾纤。在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含义如下：“/”前面部分表示尾纤的连接器型号，“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。“PC”：接头截面是平的，在电信运营商的设备中应用得最为广泛。“APC”：接头采用带倾角的端面，斜度一般看不出来，可使反射光不沿原路径返回。在广电和早期的CATV中应用较多。它可以改善电视信号的质量，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接

10、头耦合面是垂直的时候，反射光沿原路径返回。一般数字信号一般不存在此问题。 “UPC”：它的衰耗比PC要小，一般有特殊需求的设备的法兰盘为FC/UPC。国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，可提高ODF设备自身的指标。六、光纤接头及光纤连接器光纤连接器（也叫光纤适配器、法兰盘）是光纤及光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。在一定程度上，光纤连接器也影响了光传输系统的可靠性和各项性能。在实际应用过程中，我们一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。下面是一

11、些目前比较常见的光纤接口和光纤连接器。(1)FC型：FC（Ferrule Connector缩写）型接头是圆型带螺纹的金属接头，紧固方式为螺丝扣。一般在ODF侧采用(配线架上用的最多)，有一螺帽拧到适配器上，优点是牢靠、防灰尘，缺点是安装时间稍长。左图为FC型接头，右图为FC光纤适配器。（2）SC型：SC接头是卡接式方型塑料接头，所采用的插针及耦合套筒的结构尺寸及FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。SC接头直接插拔，使用很方便，缺点是容易掉出来，一般用于传输设备侧光接口。1×9光模块、GBIC光模块都采用SC型接头。下图为S

12、C型接头。下面图片，左图为SC单模双工适配器，右图为SC单模单工适配器。（3）ST型ST接头是卡接式圆形外壳的金属接头，紧固方式为螺丝扣，常用于光纤配线架。ST头插入后旋转半周有一卡口固定，缺点是容易折断。下面左图为ST接头，右图为ST连接器。说明：ST连接器的芯外露，SC连接器的芯在接头里面。对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型的；对于100Base-FX来说，连接器大部分情况下为SC类型的。(4)LC型LC接头是小方型的塑料接头，及SC接头形状相似，较SC接头小一些，采用操作方便的模块化插孔（RJ）闩锁机理制成。SFP模块采用LC型接头。在单模SFF方面，LC类型的连接器实际

13、已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。路由器常用。下面左图为LC接头，右图为SC接头。下面左图是LC单模双光光纤适配器，右图为LC单模单工光纤适配器。(5)MT-RJ型 MT-RJ接头是方型精密塑胶接头，起步于NTT开发的MT连接器，带有及RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤。MT-RJ接口的尺寸及标准电话插口的尺寸相当，可装入常规的RJ-45面板和配线架模块中。为便于及光收发信机相连，连接器端面光纤为双芯（间隔0.75mm）排列设计，是主要用于数据传输的下一代高密度光纤连接器。左图为MT-RJ接头，右图为MT-RJ连接器。(6) 双锥型（

14、Biconic Connector）这类光纤连接器中最有代表性的产品由美国贝尔实验室开发研制，它由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。(7) DIN47256型这是一种由德国开发的连接器。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸及FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。及FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较小。(8)MU型MU（Miniature unit Coupling）连接器是以目前使用最多的SC型连接器为基础，由NTT研制

15、开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器，。该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。利用MU的l.25mm直径的套管，NTT已经开发了MU连接器系列。它们有用于光缆连接的插座型连接器（MU-A系列）；具有自保持机构的底板连接器（MU-B系列）以及用于连接LDPD模块及插头的简化插座（MU-SR系列）等。随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，对MU型连接器的需求也将迅速增长。八、光纤模块光纤模块是光纤通信系统中的重要器件，能够进行光电信号间的转换，具有接收和发射作用。光纤模块一般都支持热插拔。（1）光纤模块原理光纤模块由光电子器件，

16、作用电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分：输入一定码率的电信号经内部 的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号, 其内部带有光功率自动控制电路,使输出的光信 号功率保持稳定.接收部分:一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号.经前置放大器后输出相应码率的电信号,输出的信号一般为PECL电平.同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号光检测器:把来自光纤的光信号还原成电信号,经放大,整形,再生恢复原形后输入到电端机的接收。（2）光纤模块分类按照速率分：以太网应用的100Base（百兆）、1000Base（千兆

17、）、10GESDH应用的155M、622M、2.5G、10G按照封装分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，其说明如下：1×9封装：焊接型光模块，一般速度不高于千兆，多采用SC接口SFF封装：Small Form Factor缩写，焊接小封装光模块，一般速度不高于千兆，多采用LC接口。GBIC封装：Giga Bitrate Interface Converter的缩写，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件，接口多为SC或ST型。目前GBIC基本被SFP取代。SFP封装：Small Form-factor Pluggables的缩写，是热插拔小封装模块，

18、在功能上及GBIC基本一致，可以简单的理解为GBIC的升级版本。可用的光学SFP模块一般分为如下类别：850纳米波长/550米距离的 MMF (SX)、1310纳米波长/10公里距离的 SMF (LX)、1550 纳米波长/40公里距离的XD、80公里距离的ZX、120公里距离的EX或EZX，以及DWDM。多采用LC接口。商用SFP收发器能够提供速率达到4.25Gbps。10 Gbps收发器的几种封装形式为XFP，以及及SFP封装基本一致的新的变种"SFP+"。XENPAK封装：应用在万兆以太网，采用SC接口XFP封装：10G光模块，可用在万兆以太网，SONET等多种系统，多采用LC接口八、光端机及光纤收发器光端机是一个延长数据传输的光纤通信设备，它主要是通过信号调制、光电转化等技术，利用光传输特性来达