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光電纜特點(diǎn)及應(yīng)用

1L411080 光（電）纜特點(diǎn)及應(yīng)用

共三個(gè)考點(diǎn)：

掌握單模和多模光纖的特點(diǎn)和應(yīng)用

熟光纜的分類、特點(diǎn)

熟悉通信電纜的分類、特點(diǎn)

1L411081 掌握單模和多模光纖的特點(diǎn)和應(yīng)用 ( P14：光傳輸媒質(zhì)；P58)

一、光纖結(jié)構(gòu)和類型

二、光纖通信的工作窗口

三、光纖分類

四、多模光纖

五、單模光纖

一、光纖結(jié)構(gòu)和類型

（一）光纖的結(jié)構(gòu)

光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，是一種新的光波導(dǎo)，是光通信系統(tǒng)最普遍和最重要的傳輸媒質(zhì)。

它由單根玻璃纖芯、緊靠纖芯的包層、一次涂覆層以及套塑保護(hù)層組成。（光纖呈圓柱形，由纖芯、包層和涂覆層三部分組成。）

纖芯和包層由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)部的介質(zhì)對光的折射率比環(huán)繞它的介質(zhì)的折射率高。

包在外圍的覆蓋層就像不透明的物質(zhì)一樣，防止了光線在穿插過程中從表面逸出。

1. 纖芯

位置: 位于光纖的中心部位，

直徑：在4~50μm，單模光纖的纖芯直徑為4~10μm ,多模光纖的纖芯直徑為50μm。纖芯的成分：含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅（如二氧化鍺，五氧化二磷）作用是適當(dāng)提高纖芯對光的折射率，用于傳輸光信號。

2. 包層

位置: 位于纖芯的周圍

直徑：125μm

成分：是含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅。

摻雜劑（如三氧化二硼）的作用：適當(dāng)降低包層對光的折射率，使之略低于纖芯的折射率，即纖芯的折射率大于包層的折射率（這是光纖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵），它使得光信號封閉在纖芯中傳輸。

3. 光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層、緩沖層和二次涂覆層。

一次涂覆層：一般使用丙烯酸醋、有機(jī)硅或硅橡膠材料；

緩沖層：一般為性能良好的填充油膏；

二次涂覆層：一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物。

涂覆層的作用：是保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性，起著延長光纖壽命的作用。涂覆后的光纖外徑約2. 5 mm 。

（二）光纖的折射率分布

光纖的折射率分布有兩種典型的情況：階躍折射率光纖，漸變折射率光纖。

它們的共同特點(diǎn)：纖芯的折射率大于包層的折射率，這也是光信號在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件。

（三）光在光纖中的傳播

對于階躍折射率光纖，由于纖芯和包層的折射率分布有明顯的分界，光波在纖芯和包層界面的交界面形成全反射，并且形成鋸齒形傳輸途徑，引導(dǎo)光纖芯向前傳播。

對于漸變折射率光纖，由于在其界面上折射率是連續(xù)變化的，軸中心的折射率最大，沿纖芯半徑方向折射率按拋物線規(guī)律減小，在纖芯邊緣的折射率最小，因此光波在纖芯中產(chǎn)生連續(xù)折射，形成穿過光纖軸線的類似于正弦波的光折射線，引導(dǎo)光波沿纖芯向前傳播。

(四) 光纖最重要的兩個(gè)傳輸特性 （P14）

損耗和色散是光纖最重要的兩個(gè)傳輸特性，它們直接影響光傳輸?shù)男阅堋?/p>

(1)光纖傳輸損耗：損耗是影響系統(tǒng)傳輸距離的重要因素之一，光纖自身的損耗主要有吸收損耗和散射損耗。

吸收損耗是因?yàn)楣獠ㄔ趥鬏斨杏胁糠止饽苻D(zhuǎn)化為熱能；

散射損耗是因?yàn)椴牧系恼凵渎什痪鶆蚧蛴腥毕?、光纖表面畸變或粗糙造成的。

當(dāng)然，在光纖通信系統(tǒng)中還存在非光纖自身原因的一些損耗，包括連接損耗、彎曲損耗和微彎損耗等。這些損耗的大小將直接影響光纖傳輸距離的長短和中繼距離的選擇。

(2)光纖傳輸色散：色散是光脈沖信號在光纖中傳輸，到達(dá)輸出端時(shí)發(fā)生的時(shí)間上的展寬。

產(chǎn)生的原因是光脈沖信號的不同頻率成分、不同模式，在傳輸時(shí)因速度不同，到達(dá)終點(diǎn)所用的時(shí)間不同而引起的波形畸變。

色散結(jié)果：這種畸變使得通信質(zhì)量下降，從而限制了通信容量和傳輸距離。

二、光纖通信的工作窗口

光纖損耗系數(shù)隨著波長而變化，為獲得低損耗特性，光纖通信選用波長范圍在800 ~1800nm，并稱850nm(800~900nm）為短波長波段；1300~1600nm為長波長波段，主要有1310nm和1550nm兩個(gè)窗口。實(shí)用的低損耗波長是：第一代系統(tǒng)，波長850nm，最低損耗2. 5dB/km，分貝（dB）采用石英多模光纖；第二代系統(tǒng)，波長1310nm，最低損耗0. 27dB/km,采用石英單模最低色散光纖；第三代系統(tǒng)，波長1550nm，最低損耗0.16dB/km，采用石英單模最低損耗與適應(yīng)色散光纖。上述三個(gè)波長稱為三個(gè)工作窗口。

三、光纖分類

四、多模光纖

當(dāng)光纖的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)（約lμm)，光纖傳輸?shù)倪^程中會存在一著幾十種乃至上百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。

由于不同的傳播模式具有不同的傳播速度與相位，因此，經(jīng)過長距離傳輸會產(chǎn)生模式色散（經(jīng)過長距離傳輸后，會產(chǎn)生時(shí)延差，導(dǎo)致光脈沖變寬）。模式色散會使多模光纖的帶寬邊窄，降低傳輸容量，因此，多模光纖只適用于低速率、短距離的光纖通信，目前數(shù)據(jù)通信局域網(wǎng)大量采用多模光纖。

五、單模光纖

當(dāng)光纖的幾何尺寸較小，與光波長在同一數(shù)量級，如芯徑在4~10μm范圍，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。單模光纖避免了模式色散，適用于大容量長距離傳輸。

（一）單模光纖分類：

按電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）建議分類可分為G.652, G.653, G.654, G.655四種單模光纖；按IEC標(biāo)準(zhǔn)分類可分為Bl.1、B1.2、Bl.3、B2、B4；按我國標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）分類可分為Bl.l、B1.2、B1.3、B2、B4。我國標(biāo)準(zhǔn)對光纖類別型號的命名等采用了IEC規(guī)定，所以二者是一樣的。

（二）幾種單模光纖的特點(diǎn)和應(yīng)用

1. G. 652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖特點(diǎn)及應(yīng)用

①零色散波長在1310nm附近。既可以使用在1310nm波長區(qū)域，也可以使用在1550nm波長區(qū)域。最佳工作波長在1310nm區(qū)域。

②當(dāng)工作波長在1.3μm時(shí)，光纖色散很小，系統(tǒng)的傳輸距離只受光纖衰減所限制。

③光纖在1.3μm波段的損耗較大；在1.55μm波段的損耗較小。

④光纖截止波長：λ從<1250nm。

⑤模場直徑：1310nm處的模場直徑是8.6~9.5μm士0.7。在1550nm處沒有具體規(guī)定，但一般不大于10. 3μm。

⑥衰減：衰減系數(shù)最大值在1310nm窗口，A級為0.36dB/krn, B級為0. 40dB/km,C級為0.50dB/km。

⑦色散：零色散波長范圍是1300~1324nm。

⑧偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3ps/km。  中大網(wǎng)?！笠患壗ㄔ鞄?/p>

2. G. 653色散位移光纖特點(diǎn)及應(yīng)用

色散位移光纖在1.55μm色散為零，不利于多信道的WDM傳輸，用的信道數(shù)較多時(shí)，信道間距較小，這時(shí)就會發(fā)生四波混頻（FWM）導(dǎo)致信道間發(fā)生串?dāng)_。如果光纖線路的色散為零，F(xiàn)WM（四波混頻）的干擾就會十分嚴(yán)重；如有微量色散，F(xiàn)WN干擾反而還會減少。

①光纖截止波長：λc<1250nm.

②模場直徑：1550nm處的模場直徑是7. 8~ 8.5μm士0. 8 .

③衰減：衰減系數(shù)最大值在1310nm窗口，A級為0.40dB/km,B級為0.45dB/km,C級為0. 55dB/km

④偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3 ps/km .

此種光纖除了在日本等國家干線網(wǎng)上有應(yīng)用外，在我國干線網(wǎng)上幾乎沒有應(yīng)用

3. G.654截止波長位移光纖特點(diǎn)及應(yīng)用

也叫衰減最小光纖（在1550nm處）。

①零色散波長在1310nm附近，截止波長位移到較長的波長，所以該光纖也被稱為截止波長位移單模光纖。

②工作波長為1.55μm，在該波長附近上的衰減最小。

③零色散點(diǎn)在1300nm附近，但在1550nm窗口色散較大，約為17~20ps/ (nm? km)

④光纖截止波長：1350nm<λc<1600nm.

⑤模場直徑：1550nm處的模場直徑是9.5~10.5μm士0. 7 。中大網(wǎng)?！笠患壗ㄔ鞄?/p>

⑥衰減：衰減系數(shù)最大值在1550 nm窗口，A級為0.19dB/km, B級為0. 22dB/km。

⑦色散：1550nm色散系數(shù)最大值20ps/nm?km; 1550nm零色散斜率最大值為0.07ps/（nm2?km)。

⑧偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值：0. 3ps/km。

該種光纖主要應(yīng)用于長距離數(shù)字傳輸系統(tǒng)。如海底纜。

4. G.655非零色散位移光纖特點(diǎn)及應(yīng)用

①非零色散光纖實(shí)質(zhì)上是一種改進(jìn)的色散位移光纖，其零色散波長不在1. 55μm，而是在1. 525μm或1. 585μm處。

②在使用波長區(qū)域內(nèi)具有非零的小色散值，削減了色散效應(yīng)和四波混頻效應(yīng)。

③最佳使用波長范圍在1530~1565nm區(qū)域，也可以一支持更高波長，直至16 (××不大于25)。

④光纖截止波長

⑤模場直徑

⑥衰減

⑦C波段色散

⑧L波段色散

⑨偏振模色散（PMD）系數(shù)最大值

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