光纤基础知识

光纤通信知识

2010.7光纤光纤形式：很细的、可弯曲的、能传导光束的介质。传输原理：利用光导纤维传递光脉冲完成通信。结构：外径一般为125um(一根头发平均100um),内径：单模9um/多模50/62.5um外壳纤芯包层塑料制成，可吸收光线、防止串音、保护外层表面。透明玻璃制成，纤芯的折射率高于包层，可形成光波导效应，使大部分光被束缚在纤芯中传输。光纤光纤优点：传输频带宽，通信容量大；传输损耗低，中继距离长；抗雷电和电磁的干扰性好；体积小、重量轻。缺点：接续困难，光接口比较昂贵。光纤是通信领域中重要的传输媒质，为数据通信、远距离通信、宽带高速通信和海底传输系统提供了良好的传输环境。光纤分类

多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm，包层外直径125μm； 单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外直径125μm；

光纤的工作波长有短波长0.85μm、长波长1.31μm和1.55μm；

光纤损耗一般是随波长加长而减小，0.85μm的损耗为2.5dB/km,1.31μm的损耗为0.35dB/km，1.55μm的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65μm以上的损耗趋向加大。光纤类型目前支持两种在光纤中传播光线的模式：分类单模光纤多模光纤阶跃型光纤渐变型光纤单模与多模光纤比较单模光纤多模光纤光纤中只传输一种模式细芯，要有激光源端接难色散小、效率高价格昂贵适于长距与高速场合光纤中存在多种传输模式粗芯端接容易色散大、效率低价格较便宜用于短距与低速场合折射率剖面输入脉冲输出脉冲阶跃型多模光纤渐变型多模光纤单模光纤光纤类型包层纤芯包层纤芯包层纤芯单模光纤单模光纤(SingleModeFiber)：

中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，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1.31μm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1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm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。1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。特点：只传输主模，光线只沿光纤的内芯进行传输；完全避免了模式射散，传输频带很宽；适用于大容量，长距离的光纤通迅；

多模光纤多模光纤(MultiModeFiber)： 中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，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。特点：有多个模式在光纤中传输； 色散或像差，传输性能较差； 频带比较窄，传输容量也比较小，距离比较短；

光纤类型G.652光纤：在1310nm波长窗口色散性能最佳，是目前应用最广泛的光纤。 在1310nm处，色散小，衰耗大； 在1550nm处，色散大，衰耗小；G.653光纤：在1550nm波长，衰耗和色散皆为最小值，可实现大容量长距离传输。因出现四波混频效应(FWM),限制了它在WDM（波分复用）方面的应用。EPON系统可选用G.652、G.653单模光纤G.652A光纤参数指标

支持2.5Gbit/s及其以下速率的系统（对缆内光纤的偏振模色散PMD系数不提要求），（在1380nm附近出现水吸收峰）G.652B光纤参数指标

支持10Gbit/s速率的系统（要求缆内光纤的偏振模色散PMD系数小于0.5ps/km1/2）（在1380nm附近出现水吸收峰)

G.652C光纤参数指标

支持10Gbit/s速率的传输

光纤类型G.654光纤：1550nm损耗最小光纤，主要用于长再生中继距离的海底光缆。G.655光纤：克服了G.652光纤在1550nm处色散受限和G.653光纤在1550nm处出现四波混频效应的缺陷，适用于WDM系统。

光纤类型

LEAF单模光纤：

LEAF（LargeEffectiveAreaFiber）单模非零色散位移光纤，工作在1550nm窗口；与标准的非零色散位移光纤相比，具有较大的"有效面积"，因而较大的功率承受能力，适于使用高输出功率掺饵光纤放大器，即EDFA和密集波分复用（DWDM）技术的网络之用。

多模光纤

常用的多模光纤主要有IEC－60793－2光纤产品规范中的A1a类（50／125μm）和A1b类（62．5／125μm）两种； 为满足10Gbit／s以太网传输的要求，现在出现了新型50／125μm多模光纤。与62．5／125μm光纤相比，50／125μm光纤的数值孔径和芯径较小、传导模的数目较少、带宽较高而成本较低。新型多模光纤（1）工作波长为850nm的新型50／125μm渐变型（GI）多模光纤。（2）不同于传统50／125μm光纤纤芯的梯度折射率分布，它将带宽的正态分布曲线峰值从980nm转移到850nm处。带宽曲线峰值居中是为了它能够覆盖850nm和1300nm两个窗口，因为所有的电子器件已习惯使用850nm或1300nm的光源。（3）配用850nm的垂直腔面发射激光器（VCSEL）光源，新型50／125μm光纤的“激光器带宽”为2000MHz·km，可以支持10Gbit／s以太网单通道传输300m。（4）由于用“激光器带宽”代替了传统的“模带宽”，对相应参数的测量也从传统的“满注入法（OFL，OverfilledLaunch）”改成了“限模注入（RML，RestrictedModeLaunch）”新方法。（5）新型50／125μm光纤的安装特性与传统多模光纤相同。波分复用技术WDM波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(亦称合波器Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。WDM

1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm波分复用就是光的频分复用。8

2.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120kmCWDM&DWDM按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing，DWDM密集波分复用）CWDM的信道间隔为20nm，DWDM的信道间隔从0.2nm到1.2nmCWDM和DWDM的区别CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。DWDM在运行10G以上业务的时候，需要采用G.655光纤，而CWDM对光纤没有特殊要求，G.652、G.653、G.655光纤均可采用CWDM技术，因此可以大量利用以前敷设的旧光缆。

CWDM标准美国的1400nm商业利益组织正在致力于为CWDM系统制定标准。目前建议草案考虑的CWDM系统波长栅格分为三个波段。“O波段”包括四个波长:1290、1310、1330和1350nm，“E波段”包括四个波长:1380、1400、1420和1440nm，“S＋C+L”波段包括从1470nm到1610nm的范围，间距为20nm的八个波长。DWDM标准

ITU-T的StudyGroup15及StudyGroup13目前正进行各项标准草案之研拟，包括下列各项标准草案：(1)已完成之光网路标准草案有：

G.681：包含光多工器.、光放大器之局间和长途光系统之功能特性。

G.691：包含光放大器和STM-64介面的单通道SDH系统之光介面。

G.692：包含光放大器之多通道系统之光介面。(2)正在草拟中之光网路标准草案有：

G.875：定义管理资讯模型

G.874：定义光网路管理观

G.798：定义光设备组件及子系统

G.872：定义光网路架构

G.709：定义光网路节点介面

G.959.1：定义网路元件之实体层介面波分复用器1490nm、1550nm合波器1550nm1490nm1310nm1310nmCATVRFOLTONUCATV业务承载！分光器分类平面波导型分光器（PLC

Optical

Power

Splitter）

利用半导体工艺制作光波导分支器件，分路的功能在芯片上完成，可以在一只芯片上实现多达1×32以上分路，然后，在芯片两端分别耦合封装输入端和输出端多通道光纤阵列

熔锥型分光器（Fused

Fiber

Splitter）

将两根或多根光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，并实时监控分光比的变化，分光比达到要求后结束熔融拉伸，其中一端保留一根光纤（其余剪掉）作为输入端，另一端则作多路输出端。目前成熟拉锥工艺一次只能拉1×4以下。1×4以上器件，则用多个1×2级接在一起获得。分光器原理熔锥型分路器的制作熔锥型分路器的制作

熔锥法就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路器放在野外的情况更甚，这也是光分路失效的最主要原因。平面波导分光器

分光器主要技术指标插入损耗：指每一路输出相对于输入光的损失。附加损耗：所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率的损失。分光比：光分路器各输出端口的输出功率比值。光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31μｍ的光时两个输出端的分光比为50:50；在传输1.5μｍ的光时，则变为70:30(之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度)。所以在订做光分路器时一定要注明波长。隔离度：指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。（大于40dB）稳定性：指在外界温度变化，其它器件的工作状态变化时，光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变。两种分光技术比较

连接器

光衰减器位移型光衰减器横向位移型光衰减器轴向位移型光衰减器薄膜型光衰减器衰减片型光衰减器主要技术指标：衰减量和插入损耗（对于固定衰减器是同一个指标）衰减精度回波损耗电平单位间的换算关系

dBW（新单位）

dBm（新单位）

dBmV（新单位）

dBμV（新单位）dBW（原单位）0+30 +78.75+138.75dBm（原单位）-300+48.75+108.75dBmV（原单位）-78.75-48.750+60dBμV（原单位）-138.75-108.75-600发光二极管LED

发光机理：自发幅射发光优点：线性度、温度特性好、价格低、寿命长、使用简单缺点：谱线较宽、与光纤的耦合效率低应用：小容量、短距离的光纤通信；用于对线性变要求高的模拟传输。激光二极管LD

发光机理：受激发光优点：发光谱线窄（1～5nm）与光纤的耦合效率高（可达90％），调制速率高应用在大容量、长距离的数字光纤通信光源器件分类光发送机方框图平均发送光功率：

指在发送“0”、“1”码等概率调制的情况下，光发送机输出的光功率值，单位为dBm。-20dB谱宽：光发送机中光源器件的谱线宽度

一般用-20dB谱宽衡量，即指从中心波长的最大幅度下降到百分之（-20dB）时两点间的宽度光源器件的寿命消光比EX：

“1”码光脉冲功率与“0”码光脉冲功率之比 光发送机的消光比一般要求大于8.2dB，但并非越大越好，否则会引起"啁啾声"。光发送机的主要技术指标光检测器件通过光/电转换，将信号（通信信息）从光波中分离（检测）出来。光纤通信对光检测器件的要求：灵敏度高（响应度高）噪声低工作电压低体积小、重量轻、寿命长第四章