单模和多模光纤的特点和应用

单模和多模光纤的特点和应用

一、光纤结构

光纤是光导纤维的简称，是一种新的光波导，是光通信系统最普遍和最重要的传输媒质。它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯的包层、一次涂覆层以及套塑保护层组成。（光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。）纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。包在外围的覆盖层就像不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。

1. 纤芯

位置: 位于光纤的中心部位，

直径：在4-50μm，单模光纤的纤芯直径为4-10μm ,多模光纤的纤芯直径为50μm。

纤芯的成分：含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅（如二氧化锗，五氧化二磷）作用是适当提高纤芯对光的折射率，用于传输光信号。

2. 包层

位置: 位于纤芯的周围

直径：125μm

成分：是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。

掺杂剂（如三氧化二硼）的作用：适当降低包层对光的折射率，使之略低于纤芯的折射率，即纤芯的折射率大于包层的折射率（这是光纤结构的关键），它使得光信号封闭在纤芯中传输。

3. 光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层。

一次涂覆层：一般使用丙烯酸醋、有机硅或硅橡胶材料；

缓冲层：一般为性能良好的填充油膏；

二次涂覆层：一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。

涂覆层的作用：是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤外径约2. 5 mm 。

4. 光纤最重要的两个传输特性

损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性，它们直接影响光传输的性能。

(l)光纤传输损耗：损耗是影响系统传输距离的重要因素之一，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是因为光波在传输中有部分光能转化为热能；散射损耗是因

为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的。当然，在光纤通信系统中还存在非光纤自身原因的一些损耗，包括连接损耗、弯曲损耗和微弯损耗等。这些损耗的大小将直接影响光纤传输距离的长短和中继距离的选择。

(2)光纤传输色散：色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生的时间上的展宽。产生的原因是光脉冲信号的不同频率成分、不同模式，在传输时因速度不同，到达终点所用的时间不同而引起的波形畸变。色散结果：这种畸变使得通信质量下降，从而限制了通信容量和传输距离。

二、光纤通信的工作窗口

光纤损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗特性，光纤通信选用波长范围在800 -1800nm，并称850nm(800-900nm）为短波长波段；1300-1600nm为长波长波段，主要有1310nm 和1550nm两个窗口。实用的低损耗波长是：第一代系统，波长850nm，最低损耗2. 5dB/km，分贝（dB）采用石英多模光纤；第二代系统，波长1310nm，最低损耗0. 27dB/km,采用石英单模最低色散光纤；第三代系统，波长1550nm，最低损耗0.16dB/km，采用石英单模最低损耗与适应色散光纤。上述三个波长称为三个工作窗口。

三、光纤分类

一、多模光纤

当光纤的几何尺寸远大于光波波长时（约lμm)，光纤传输的过程中会存在一着几十种乃至上百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。

由于不同的传播模式具有不同的传播速度与相位，因此，经过长距离传输会产生模式色散（经过长距离传输后，会产生时延差，导致光脉冲变宽）。模式色散会使多模光纤的带宽边窄，降低传输容量，因此，多模光纤只适用于低速率、短距离的光纤通信，目前数据通信局域网大量采用多模光纤。

(一)多模光纤的主要产品及应用性能如下表：

（二）A1类多模光纤传输性能要求

二、单模光纤

当光纤的几何尺寸较小，与光波长在同一数量级，如芯径在4-10μm范围，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。单模光纤避免了模式色散，适用于大容量长距离传输。

（一）单模光纤分类：

IEC 60793-2和IEC 60793-2-50中将单模光纤划分为B1.1、B1.2、B1.3、B2、B4、B5、B6等类别，ITU-T也在G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657等建议中分别规范了各种单模光纤的定义和特性，而GB/T 9771的各部分参照IEC 60793-2-50和ITU-T G.65x系列制订。其对应关系在下表中总述。

一种给定型号的单模光纤(例如：B4)，通过对模场直径（也称有效面积）、色散系数、色散曲线的斜率、截止波长等参数进行适配的最优化，而获得不同的应用方式。

表.单模光纤的分类和定义

表.B6类单模光纤的衰减系数

⑧宏弯损耗：B6类单模光纤的宏弯损耗参数应符合下表规定。

表. B6类单模光纤的宏弯特性单位：dB