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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章 光纤和光缆,4.1 单模光纤及其应用,4.2 光纤的选择,4.3 光纤的温度特性和机械特性,4.4 光缆的结构和种类,第4章 光纤和光缆4.1 单模光纤及其应用,1,4.1,单模光纤及其应用,G.651 标准多模光纤,G.652 标准单模光纤,G.653 色散移位光纤,G.654 衰减最小光纤,G.655 非零色散光纤,全波光纤,色散补偿光纤,单模光纤的种类：,4.1 单模光纤及其应用 G.651 标准多模光纤,2,G.652 标准单模光纤,标准单模光纤是指零色散波长在1.3,m窗口的单模光纤，国际电信联盟(ITU-T)把这种光纤规范为 G.652 光纤。这属于第一代单模光纤。,其特点是当工作波长在 1.3,m 时，光纤色散很小，系统的传输距离只受一个因素，即光纤衰减所限制。,G.652 标准单模光纤 标准单模光纤是指零色散波长在1.,3,G.652 光纤在1.3,m波段的损耗较大，约为 0.3 0.4dB/km；在1.55,m波段的损耗较小，约为 0.20.25 dB/km。,色散在1.3,m 波段为,3.5 ps/nm,km，在1.55,m波段较大，约为20ps/nm,km。,这种光纤,可支持用于在1.55,m 波段的2.5Gb/s 的干线系统,，但由于色散较大，若传输10Gb/s的信号，传输距离超过50km时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块。,另外，由于色散补偿模块的使用，增加了线路损耗，缩短了中继距离，不适用于DWDM系统。,G.652 标准单模光纤,G.652 光纤在1.3m波段的损耗较大，约为 0.3,4,G.653 色散移位光纤,G.652光纤的最大缺点是低衰减和零色散不在同一工作波长上,，这不仅使工程应用受到一定的限制，而且在 1.3,m的光纤放大器开发应用之前，使不经过光-电转换过程的全光通信无法实现。,G.653是在80年代中期开发成功的第二代单模光纤。,它是一种将零色散波长从1.3,m移到 1.55,m的色散移位光纤(DSF,Dispersion-Shifted Fiber)。ITU把这种光纤的规范为G.653。,G.653 色散移位光纤G.652光纤的最大缺点是低衰减和,5,光纤的色散特性,0.500,0.375,1700,波长(nm),色散,0,10,20,30,-10,-3.5,ps/(nm,km,-90,色散补偿,光纤色散,标准光纤衰减,1500,1600,非零色散移,位光纤色散,色散平坦光纤,1300,标准光纤色散,0.000,0.250,0.125,1400,衰减,(dB/km),色散移位,光纤色散,.,),光纤的色散特性0.5000.3751700波长(nm)色散0,6,G.654 衰减最小光纤,ITU将一种衰减最小的光纤规范为G.654光纤。,它是一种可应用于1.55,m 波长的纯石英芯单模光纤，能够满足海底光缆长距离通信的需求。,在1.55,m波长附近衰减最小，仅为 0.185 dB/km。,在1.3,m波长区域色散为零，但在1.55,m波长区域色散较大，约为 1720 ps/(nm,km)。,G.654 衰减最小光纤ITU将一种衰减最小的光纤规范为G,7,由色散移位光纤到非零色散光纤,色散移位光纤在 1.55,m 色散为零，不利于多信道的 WDM 传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会发生一种称为四波混频(FWM，Four Wave Mixing)的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。,如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一现象，科学家们研制了一种新型光纤，即非零色散光纤(NZ-DSF)。,由色散移位光纤到非零色散光纤色散移位光纤在 1.55 m,8,G.655 非零色散光纤,非零色散光纤实质上是一种改进的色散移位光纤。,其零色散波长不在1.55,m，而是在1.525,m 或 1.585,m处。,在光纤制作过程中，适当控制掺杂剂的量，使它大到足以抑制高密度波分复用系统中的四波混频，小到足以允许单信道数据速率达到 10Gb/s，而不需要色散补偿。,G.655 非零色散光纤非零色散光纤实质上是一种改进的色散,9,消除了色散效应和四波混频效应；,而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种；,非零色散光纤综合了标准光纤和色散移位光纤最好的传输特性，既能用于新的陆上网络，又可对现有系统进行升级改造，它特别适合于高密度WDM系统的传输，所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。,G.655 非零色散光纤的特点,消除了色散效应和四波混频效应；G.655 非零色散光纤的特,10,非零色散光纤举例,AT&T研制的真波光纤(True Wave,TM,),美国康宁玻璃公司开发的叶状光纤(Leaf Fiber),阿尔卡特的特锐光纤(TeraLight,TM,),国内长飞公司的大保实光纤等,非零色散光纤举例AT&T研制的真波光纤(True WaveT,11,全波光纤,（13601460nm波段就是,E,波段(Extended wavelength band)，它位于 O 波段和 S 波段之间。,1200,1400,1600,衰减,波长,0.1,0.2,0.3,0.5,1700,1500,1300,0.4,0.6,窗口,O,全波光纤去掉了,的水峰,S,C,L,U,E,(dB/km),(nm),1385nm,O：Original wavelength band,E：Extended wavelength band,S：short-wavelength band,C：Conventional wavelength band,L：Long-wavelength band,U：Ultralong wavelength band,全波光纤（13601460nm波段就是E 波段(Exte,12,全波光纤,光纤制造商在1380nm 波长附近，把OH离子浓度降到了10,-8,以下，消除了（13601460nm 波段的损耗峰，使该波段的损耗也降低到0.3dB/km左右，可应用于光纤通信，而且色散值也小，所以在相同比特率下传输的距离更长。,全波光纤，就是在光纤的整个波段，从1280nm开始到1675nm终止，都可以用来通信，与常规光纤相比，全波光纤应用于DWDM，可使信道数增加50%，这就为DWDM系统应用于城域网创造了条件。,全波光纤光纤制造商在1380nm 波长附近，把OH离子浓度降,13,初始波段,扩展波段,短波段,常规波段,长波段,超长波段,工作波段,O,E,S,C,L,U,工作波长,(nm),12601360,13601460,14601530,15301566,15661625,16251675,通信光纤的工作窗口,O：Original wavelength band,E：Extended wavelength band,S：short-wavelength band,C：Conventional wavelength band,L：Long-wavelength band,U：Ultralong wavelength band,初始波段扩展波段短波段常规波段长波段超长波段工作波段OESC,14,色散补偿光纤,色散补偿光纤(DCF,Dispersion Compensating Fiber)是具有大的负色散光纤。,是针对现已敷设的 1.3,m 标准单模光纤而设计的一种单模光纤。,为了使现已敷设的1.3,m光纤系统采用WDM技术，就必须将光纤的工作波长从1.3,m改为 1.55,m。,标准光纤在1.55,m波长的色散不是零，而是正的1720ps/(nm,km),并且具有正的色散斜率，必须在这些光纤中加接具有负色散的色散补偿光纤，进行色散补偿，以保证整条光纤线路的总色散近似为零，从而实现高速率、大容量、长距离的通信。,色散补偿光纤色散补偿光纤(DCF,Dispersion,15,4.2 光纤的选择,选择光纤的基本要求：,从发射光源耦合进光纤的光功率最大；,光信号通过光纤传输后产生的畸变最小；,光纤的传输窗口要满足系统应用的要求。具体的设计要根据使用条件进行折衷。,4.2 光纤的选择选择光纤的基本要求：,16,一、损耗（衰减）,在选定的波长，衰减要足够小，以使在满足接收机所要求的光功率的前提下，使中继距离尽可能大。,设计系统时，要考虑连接器、接头和耦合器的损耗和系统工作所需的余量。,为此，要正确选择工作波长和光纤类型,。,一、损耗（衰减）在选定的波长，衰减要足够小，以使在满足接收机,17,1.,耦合损耗,包括光源耦合损耗和检测器耦合损耗;,纤芯尺寸和数值孔径大，可减小光源的耦合损耗；但要增加检测器耦合损耗;,为了减小和检测器的耦合损耗，要求纤芯尺寸和数值孔径要足够小，以使出射光完全落在检测器上。,为了提高接收机响应速度，降低噪声，则要求检测器面积小，所以不能采用增大检测器光敏面的办法来减小耦合损耗。,纤芯尺寸和数值孔径大的光纤，其传输带宽小，适合于采用发光二级管(LED)的系统。,1.耦合损耗包括光源耦合损耗和检测器耦合损耗;,18,2.,连接器损耗,包括连接器和接头的损耗。,纤芯直径的公差、不圆度和纤芯与包层同心度误差要尽可能小，以得到最小连接损耗。,提高光纤的几何精度，要增加制造成本；增大纤芯尺寸和数值孔径，可以减小几何公差对连接损耗的不利影响，但与增大带宽相矛盾。,2.连接器损耗包括连接器和接头的损耗。,19,二、色散和带宽,正确选择光纤类型和工作波长，光纤色散要足够小，使已调制的光信号以最小畸变通过光纤全长。,长距离高速率海缆系统要选择零色散移位到1.55,m的G.654单模光纤。,波分复用系统要选择色散系数很小、但不为零的G.655单模光纤，以减小四波混频的影响。,用于城域网的DWDM系统要选择全波光纤。,采用发光管(LED)的系统,要充分考虑材料色散的影响等。,二、色散和带宽正确选择光纤类型和工作波长，光纤色散要足够小，,20,通常情况下，光纤的特性受温度影响不大；,在温度很低时，损耗随温度降低而增加，尤其是在温度非常低时，损耗急剧增加。在高寒地区工作的光缆，应注意到此特性。,4.3,光纤,的温度特性和机械特性,1.,光纤的温度特性,通常情况下，光纤的特性受温度影响不大；4.3 光纤的温度特,21,构成光纤的二氧化硅(SiO,2,)的热膨胀系数很小，在温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程中必须经涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时，收缩比较严重，所以当温度变化时，材料的膨胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在低温区。,随着温度的降低，光纤的附加损耗逐渐增加，当温度降至-55左右，附加损耗急剧增加。,因此，在设计光纤通信系统时，必须考虑光缆的高低温循环试验，以检验光纤的损耗是否符合指标要求。,光纤的热胀冷缩,构成光纤的二氧化硅(SiO2)的热膨胀系数很小，在温度降低时,22,目前构成光纤的材料是SiO,2,，要被拉成125,m的细丝。在拉丝过程中，光纤的抗拉强度约为1020kg/mm,2,。,如拉丝后立即在光纤表面进行涂覆，抗拉强度可达400kg/mm,2,。,这里所说光纤的强度是指抗张强度，当光纤受到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂。,对于光纤抗断强度，它和涂覆层的厚度有关，当涂覆厚度为510,m时，抗断强度为330kg/mm,2,。,只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。,2.,光纤的机械特性,目前构成光纤的材料是SiO2，要被拉成125m的细丝。在拉,23,4.4 光缆的结构和种类,由光纤的温度特性和机械特性可知光纤必须制作成光缆才能使用。光缆线路在长期使用中，必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。,对光缆有如下基本要求：,不能因成缆而使光纤的传输特性恶化；,在成缆过程中光纤不断裂；,缆径细、重量
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