单模光纤
wish8088 · 2010-03-13 10:07 · 22678 次点击
data/attachment/portal/201111/06/143502mjntjwf3zv9mewes.jpg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。
目录
概述
研制过程
特性参数
波长
相关词条
参考资料
概述
data/attachment/portal/201111/06/143506wpcgccv5fx1c52fy.jpg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。
单模光纤具备10micron的芯直径,可容许单模光束传输,可减除频宽及振模色散(Modaldispersion)的限制,但由于单模光纤芯径太小,较难控制光束传输,故需要极为昂贵的激光作为光源体,而单模光缆的主要限制在于材料色散(Materialdispersion),单模光缆主要利用激光才能获得高频宽,而由于LED会发放大量不同频宽的光源,所以材料色散要求非常重要。
单模光纤相比于多模光纤可支持更长传输距离,在100MBPS的以太网以至这行的1G千兆网,单模光纤都可支持超过5000m的传输距离。从成本角度考虑,由于光端机非常昂贵,故采用单模光纤的成本会比多模光纤电缆的成本高。单模光纤(Single?ModeFiber,SMF)折射率分布和突变型光纤相似,纤芯直径只有8~10μm,光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式(两个偏振态简并),所以称为单模光纤,其信号畸变很小。
研制过程
data/attachment/portal/201111/06/143506wg80rjr98t5jl7t3.jpg黄宏嘉院士
1980年,国际上,包括中国学者都在讨论单模光纤与多模光纤到底哪种更好时,上海科技大学黄宏嘉院士认识到长波长单模光纤具有损耗低、色散小等优点,是远距离大容量通信系统的理想介质。以黄宏嘉院士为首的研究小组于1979年提出开展单模光纤研究的建议。该建议得到了上海市科委的支持,并将“单模光纤研究”列为上海市重点科研项目。
至1982年5月进行了研究工作的第二阶段。以上海科大与上海石英玻璃厂协作,得到了电子23所的支持和合作。于1982年5月由上海市科委主持了由中国9个单位24名专家参加的鉴定工作。鉴定委员会认为,“此次单模光纤科研工作是基础性和开拓行的,不仅填补了中国在这个重要研究领域的空白,而且是以较快的速度赶上国际水平。”
特性参数
data/attachment/portal/201111/06/143506gy486ww4rqyb1g8u.jpg单模光纤
①衰耗系数a:其规定与物理含义与多模光纤完全相同,在此不多叙述。
②色散系数D(λ):我们已经知道,光纤的色散可以分为三大部分即模式色散、材料色散与波导色散。而对于单模光纤而言,由于实现了单模传输所以不存在模式色散的问题,故其色散主要表现为材料色散与波导色散(统称模内色散)。综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散,统称色散系数。色散系数可以这样理解:每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值。因此,L公里光纤由色散引起的脉冲展宽值为:σ=δλ·D(λ)·L(2.17)其中:δλ为光源谱宽σ为根均方展宽值色散系数越小越好。光纤的色散系数越小,就意味着其带宽系数越大即传输容量越大。例如CCITT建议在波长1.31微米处单模光纤的色散系数应小于3.5ps/km.nm。经过计算,其带宽系数在25000MHz·km以上,是多模光纤的60多倍(多模光纤的带宽系数一般在1000MHz·km以下)。
③模场直径d:模场直径表征单模光纤集中光能量的程度。由于单模光纤中只有基模在进行传输,因此粗略地讲,模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径(实际上基模光斑并没有明显的边界)。可以极其粗略地认为(很不严格的说法),模场直径d和单模光纤的纤芯直径相近。
④截止波长λc:我们知道,当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时,才能实现单模传输,即在光纤中仅有基模在传输,其余的高次模全部截止。也就是说,除了光纤的参量如纤芯半径,数值孔径必须满足一定条件外,要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值,即λ≥λc,这个数值就叫做单模光纤的截止波长。因此,截止波长λc的含义是,能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。也就是说,尽管其它条件皆满足,但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长,仍不可能实现单模传输。
5、回损---ReturnLoss:反射损耗又称为回波损耗,它是指出光端,后向反射光相对输入光的比率的分贝数,回波损耗愈大愈好,以减少反射光对光源和系统的影响
波长
data/attachment/portal/201111/06/143506z9s3encz0itspz50.jpg单模光纤
单模传输设备所采用的光器件是LD,通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长,按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD(分布反馈光器件)。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G.652,其线径为9微米。
1310nm波长的光在G.652光纤上传输时,决定其传输距离限制的是衰减因数;因为在1310nm波长下,光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0,在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。
1550nm波长的光在G.652光纤上传输时衰减因数很小,单纯从衰减因数考虑,1550nm波长的光在相同的光功率下传输的距离大于1310nm波长的光下的传输的距离,但是实际情况并非如此,单模光纤带宽B与色散因数D的关系为:B=132.5/(Dl*D*L)GHz
其中L为光纤的长度,Dl为谱线宽度,对于1550nm波长的光,其色散因数如表3为20ps/(nm.km),假设其光谱宽度等于1nm,传输距离为L=50公里,则有:B=132.5/(D*L)GHz=132.5MHz
相关词条
国际电信联盟
波导色散
材料色散
光器件
回波损耗
带宽系数
衰减因数
谱线宽度
色散因数
参考资料
天涯网http://wenda.tianya.cn/wenda/thread?tid=7ce81dd90096bd6b
征天工贸网http://wenda.tianya.cn/wenda/thread?tid=7ce81dd90096bd6b