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单模光纤与多模光纤的类型及特征简介

浏览:6203  来源:通信人在线  日期:2018-09-29

光纤的类型按其分类方法有许多种类型,其中有按传输模式分,可分为单模光纤(Single Mode Fibre)和多模光纤(Multi-mode Fibre)。在GB/T 14733.12《电信术语 光纤通信》中,对于单模光纤和多模光纤的定义详见下表0。根据IEC的命名,多模光纤的分类类别代码为A;单模光纤的分类类别代码为B。下述主要以传输模式不同(A类和B类)而构成的不同类型的光纤,介绍其常用的类型及性能特征,了解光纤的类型和性能特点,对我们选择和使用光纤显得非常重要。

0:单模光纤和多模光纤的定义

欲详细了解光纤分类方法与分类代码的请进入

这里需要特别说明的是:关于光纤按光纤传输模式分类的分类类别与分类代码是由IEC规范命名的,如多模光纤的分类类别代码为A;单模光纤的分类类别代码为B,并在其分类类别下进行子类分类并命名其代码。而ITU-T将其建议的不同类型的单模光纤,依据其相应光纤的适用场合不同要求(如是否带光放大器、单通道或多通道、不同的工作波长下、不同的速率下等的场合)而进行了分级的分类,其分类代号也使用AB等英文字母来命名,如G.655ABCDE类等。两者的分类含义是不同的,请不要混淆。

一、多模光纤(分类类别代码:A类)

对于我们日常使用的多模光纤,按其制作材料分,有石英(二氧化硅)光纤和塑料(PMMA塑料和氟化塑料)光纤。根据IEC的命名,石英材料光纤的分类类别代码包括A1A2A3类;塑料光纤的分类类别代码为A4类,当然它们还有其子类。

ITU-T对于石英材料光纤目前只给出了A1a类光纤,即G.651.1建议。A1a类光纤是渐变折射率石英多模光纤。在我国,GB/T 12357.x系列标准规范了A类多模光纤的全部类别,包括A1~A4,并包括其中的子类别。

1、渐变折射率石英多模光纤(A1a

早期ITU-TA1a类光纤的建议代号为G.651,在20077月第3次修订时变为G.651.1,但该系列建议的其它分类类别的光纤至今没有发布。G.651.1光纤是参杂石英芯和掺杂石英包层的光纤(50 /125μm),有很低的损耗和中等程度的色散。多用于短距离网络(如局域网等)或接入网的组网。G.651推荐的多模光纤支持经济高效地使用1 Gbit /s以太网系统,链路长度可达550 m,通常使用基于850 nm的收发器。

欲详细了解G.651.1GB/T 12357.x光纤特性参数指标的请进入

2、弯曲不敏感石英多模光纤(A1a.1bA1a.2bA1a.3b类)

在我国,其通信行业标准YD/T 2965《弯曲损耗不敏感多模光纤特性》规定了A1a.1bA1a.2bA1a.3b类(50/125μm)弯曲损耗不敏感多模光纤的特性。它也是由玻璃芯和玻璃包层组成,玻璃芯层也是具有渐变折射率剖面,但它改变了光纤的宏弯特性。

欲详细了解弯曲损耗不敏感多模光纤光纤特性参数指标的请进入

3、塑料多模光纤(A4类)

塑料光纤(POFPlastic Optical Fiber)发明于20世纪60年代。与石英玻璃光纤相比,塑料光纤以其芯径大、制造简单、连接方便、可用便宜光源等优点正在受到了宽带局域网建设者的青睐。POF具有损耗大、纤芯大、数值孔径大,可与光斑较大的光源耦合使用、制造成本低等特点。在我国,国家标准GB/T 12357.x系列标准和通信行业标准YD/T 1447《通信用塑料光纤》对POF做出了规范。

欲详细了解POF介绍的请进入概念介绍特性参数介绍

二、单模光纤(分类类别代码:B类)

ITU-T建议规范了B类单模光纤的全部类别(B1~B6,含B1的子类,但无B3类),当然也包括它们的子类。ITU-T将这六类光纤的名称命名为:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非色散位移单模光纤、宽带非色散位移单模光纤和弯曲损耗不敏感单模光纤。我国的国家标准GB/T 9771.x系列标准和相应的通信行业标准也对这6类单模光纤做出了特性要求。

欲详细了解B类单模光纤相关标准情况介绍的请进入ITU建议我国国家标准我国通信行业标准

1、非色散位移单模光纤(B1.1类和B1.3类)

非色散位移光纤NDSFNon-Dispersion Shifted Fiber,即ITU-T建议的G.652单模光纤,于198410月首次批准发布,是目前最常用的单模光纤。这种单模光纤的零色散波长在1310nm区域,既可以使用在1310nm区域,也可以1550nm区域。在1550nm区域,根据链路长度和传输比特率要求,可能需要调节色散。ITU-T经过对G.652建议不断的改进修订,将将G.652光纤进一步细分为G.652AG.652BG.652CG.652DG.652细分为A~D4种光纤的适用场合详见下表2-1-1

2-1-1ITU-T建议的各种光纤细分类的适用场合描述汇总

就其实质而言,G.652光纤可分为常规单模光纤(G.652AG.652B)和低水吸收峰单模光纤(G.652CG.652D)。常规单模光纤也称为非色散位移单模光纤;低水吸收峰单模光纤也称为波长段扩展的非色散位移单模光纤。两者的性能特点如下表2-1-2所示。低水吸收峰单模光纤(G.653CG.652D)是将1385nm附近高水吸收峰消除的一种光纤,美国朗讯科技公司于1988年研究出低水吸收峰光纤(G.652C光纤)。

2-1-2:常规单模光纤和低水吸收峰单模光纤的性能特点

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2、色散位移单模光纤(B2类)

色散位移光纤(DSFDispersion Shifted Fiber),即ITU-T建议的G.653单模光纤。它是于198811月被ITU-T首次批准发布的,200312月修订的第5个版本中细分为G.653A类和G.653B类。G.653光纤是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状,力求加大波导色散,从而将最小零色散点从1310nm位移到1550nm,实现1550nm处最低衰减和零色散波长一致,并且在掺铒光纤放大器(EDFA1530~1565nm工作波长区域内。这种光纤非常适合于长距离单信道高速光放大系统。由于光纤放大器和波分复用技术的发展与应用,DSF1550nm处的零色散因为光纤的非线性效应而变得有害,从而产生严重的四混频效应,所以基本上不支持波分复用系统。除了在有些长距离的系统(海底系统)外,相对较少使用。G.653A类和G.653B类的适用场合描述也汇列在表2-1-1中。

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3、截止波长位移单模光纤(B1.2类)

截止波长位移光纤(CSFCut-off Shifted Fibre)是ITU-T 建议的G.654单模光纤,是在198811月首次被ITU-T批准发布的。G.654的零色散波长在1310nm附近,截止波长移到了较长波长,在1550nm波长区域衰减极小(仅为0.8dB/km),最佳工作波长范围为1550~1600nm,因此又称为1550nm最低衰减光纤。这种光纤制造特别困难,因此价格十分昂贵。ITU-TG.654光纤细分为A~E类,适用场合的描述也汇列在表2-1-1中。

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4、非零色散位移单模光纤(B4类)

非零色散位移光纤(NZDSFNon Zero Dispersion Shifted FibreITU-T1996年首次提出的G.655光纤。此光纤是在色散位移单模光纤的基础上,通过改变折射剖面结构的方法使得光纤在1550nm波长色散不为零,可为正值或负值,故其被称为“非零色散位移”光纤,适用于多通道传输。在2000年,ITUG.655光纤分为G.655AG.655B2003年又增加了G.655C2006年又增加了G.655DG.655EG.655A光纤和G.655B光纤的主要区别详见下表2-4;其G.655A~E的适用场合也汇总在表2-1-1中。

2-4G.655A光纤和G.655B光纤的主要区别

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5、宽带非零色散位移单模光纤(B5类)

宽波长段光传输用非零色散位移光纤(NZDSF-WOTNon Zero Dispersion Shifted Fibre for Wideband Optical Transport),是ITU-T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,于20046月首次发布的G.656单模光纤。G.656光纤是“宽带光传输用非零色散光纤”,即在宽阔的工作波长14601625nm内色散非零。G.656光纤实质上是一种宽带非零色散平坦光纤,其特点在工作波长范围内色散应该大于所要求的非零值,有效面积合适,色散斜率基本为零。因此,G.656光纤既可以显著降低系统的色散补偿成本,又可以进一步发掘石英玻璃光纤潜在的巨大带宽。G.656光纤可保证通道间隔100GHz40Gbit/s 系统至少传400kmG.656光纤特别适合作为通道间隔100GHz、传输速率40Gbit/s、传输距离400kmDWDM或者CWDM系统的光传输介质。

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6、弯曲损耗不敏感单模光纤(B6类)

ITU-T G.652建议书所描述特性的单模光纤,安装和运行以及在光纤网络的使用,已经积累了非常丰富的经验,且已经适应了这一经验。然而,光接入网络中的特定用途环境对光纤和光缆提出了不同的要求,这影响了G.652光纤最佳性能特性的发挥。关于与通常传输网络中使用的差异主要是由于接入网络中的高密度分配网络电缆的引入。由此需要使用与有限的空间和许多操作要求操作员友好的光纤性能和低弯曲灵敏度;此外,在空间受限制的拥挤的住宅和办公室中的布线必须要相应地改进。因此,ITU-T200612月,针对接入网环境,发布了弯曲损耗不敏感(BLIFBending-Loss Insensitive Fibre)的单模光纤,即:G. 657

与现有的G.652单模光纤和电缆相比,G.657建议的目的是通过建议大幅提高的弯曲性能来支持这种需求。它包括G.657AG.657B两类,G.657A类完全符合G.652单模光纤,可以部署在整个通用传输网络中以及接入网络。G.657B类不一定符合G.652建议书,但能够在极低弯曲半径下具有较低的宏弯损耗值,适用于建筑物内或建筑物附近的接入网。G.657B类光纤与接入网络中的G.657.A(和G.652.D)光纤系统兼容。也就是说,经过G.657光纤的性能改进,它已不仅使用在接入网中。关于G.657.AG.657.B的适用场合也在表2-1-1中列出。

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三、其他改进类单模光纤

其他改进类单模光纤是指在G.652单模光纤的基础上对色散性能的某种改进,但ITU-T并没有为此专门发布专门的建议标准。主要有:

1、色散平坦光纤

色散平坦光纤1310~1550nm内平坦都是低色散,且具有两个零色散波长。这种光纤可用频分复用(FDM)或波分复用(WDM)方式在一根光纤上传输多个工载波,从而极大的扩展通信容量。但是色散平坦光纤的折射率剖面结构复杂,制造难度大,尤其是该光纤的衰减大,使用性差。

2、色散补偿光纤(DCF

随着光纤放大器的应用,衰减对光纤通信系统距离的限制已不是主要问题,而色散却严重阻碍G.652单模光纤在1550nm的升级扩容。为解决这一实际问题,人们研制出了色散补偿光纤(DCFDispersion Compensating Fiber)。当1310nm单模光纤升级扩容至1550nm波长工作区时,其总色散呈正色散值,通过在该系统中串一段色散光纤可抵消几十千米常规光纤在1550nm处的正色散。为了获得显著的补偿效果,DCFG.652光纤长度的选择应符合下式:

D (bs) L + Dc (bs) Lc = 0

式中,D (bs) Dc (bs)G.652光纤和色散补偿光纤在工作波长bs的色散系数;LLcG.652光纤和色散补偿光纤的长度。

四、光子晶体(单模)光纤(PCF

光子晶体光纤(PCFPhotonic Crystal optical Fiber)是一种由单一介质(通常为石英玻璃,也可以为塑料)构成、并且在二维方向上呈现周期性紧密排列(周期性六角形)、而在三维空间(光纤轴向)基本保持不变的波长量级空气孔构成的微结构包层的新型光纤。

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