光纤的分类及比较(包括各种单模光纤的色散及衰减特性)
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2）零色散光纤同时削减了色散效应和四波混频效应，所以非 零色散光纤综合了标准单模光纤和色散位移光纤，有比较好 的传输特性，特别适合于高密度的波分复用系统的传输。
G655
ps/nm·km
色 散 18
0
DWDM 波长范围
1310nm
1550nm
非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）
波长 l
四种光纤色散情况比较
3)因G654光纤在1550nm波段的衰减最小特性，结合较成熟的 色散补偿技术，该光纤原主要用于超长距离的的海底光缆。 但在G655、G656成熟后，G654光纤现也基本不用，属于淘 汰产品。
G655
1）G654光纤又称为非零色散光纤，这是一种改进的色散位移 光纤，其零色散波长不在1550nm处，而在1525nm或1585nm 处。
应
用户光缆
用
高密度，宽带宽，中低损耗；计算机网，光纤到户
场
局内光缆
合
体积小，重量轻，柔软；局域网
无金属光缆 低损耗，抗电磁干扰；电力，石化，交通
复合光缆 低损耗；电力 …...
2 光纤的损耗（衰减）特性
光纤的损耗（衰减）特性
光波在光纤中传输时随着传输距离的增加而光功 率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗（也可叫传 输衰减）。
形成光纤损耗的原因有很多，有来自光纤本身的 损耗（吸收损耗、散射损耗），也有光纤与光源 的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗，还有光纤 弯曲损耗以及纤芯与包层中的损耗。
光纤本身损耗的分类
本征吸收损耗：光波通过光纤材料时的损耗
ຫໍສະໝຸດ Baidu
吸收损耗 散射损耗
杂质吸收损耗：材料的不纯净以及工艺的不 完善造成的附加吸收损耗（过渡金属离子吸 收以及水的氢氧根离子的吸收）
多模光纤的分类：
从性能上讲A1类光纤比A2，A3，A4光纤特性好的多。多模光纤主要用于 短距离的局域网、数据链路及传感等方面。
光纤纤芯包层模型
Fibre core SiO2+ GeO2 Ø 10 μm n1 1.443
SiO2 Cladding Ø 125 μm±2 m n2 1.44
护套层 纤芯 包层 涂覆层
v=C/n
光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。
因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤
内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终
端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。
波导色散
由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生 全反射时，就可能有一部分光进入包层之内传输，另一部分 在纤芯中传输。进入包层内的光在传输一定距离后，又可能 回到纤芯中继续传输。由于纤芯和包层的折射率不同造成脉 冲展宽的现象称为波导色散。
基于以上特点，这种光纤应用在1550nm波段的2.5Gbps的干线 系统中，主要用于城域网。10Gbps系统色散受限距离为34Km。 且G652+DCF方案升级扩容成本高。
D
G652
G652色散曲线图：
色 散
系 18
数
0 1310nm 1550nm 波长λ
色散系数D的单位： ps/nm.km
G653
G654光纤特性（色散、衰减）
问题讲述流程
1 光纤的分类及应用场合 2 光纤的色散特性 3 光纤的衰减特性 4 对各种单模光纤特性的比较（给出G654光纤的特性）
1 光纤的分类及应用场合
单模光纤的分类
目前，光纤主要分为两大类，单模光纤和多模光纤。 按照ITU的规范，单模光纤的分类如下：
多模光纤的分类
单模光纤色散对信号的影响
材料色散
材料色散由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，
严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长
有不同的值。而光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是
只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。
当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速
C之间的关系为：
ps/nm·km
色 散 18
0 1310nm
G.655
G.654
DWDM 波长范围
1550nm
波长 l
G.653
DCF
谢谢！
2）其特点是当工作波长在1310nm时，光纤的色散很小，约为 3.5ps/nm*km,系统的传输距离基本上只受光纤衰减所限制；但 在1550nm波段色散较大，约为20ps/nm*km。
3）这种光纤在1310nm波段的损耗较大，约为0.3-0.4db/km；在 1550nm波段的损耗较小，约为：0.2-0.25db/km。
3）这种光纤适用10Gbps以上的单信道传输，但在波分复用 后会发生严重的4波混频现象，现已基本被淘汰。
G654
1）G654光纤又称为衰减最小光纤，这是一种应用于1550nm 波段的纯石英芯单模光纤（普通的光纤纤芯要掺锗），这种 光纤在1550nm波段衰减最小，仅为0.185dB/km。
2）G654光纤在1310nm波段的色散为0，但在1550nm处波段 色散较大，约为17-20ps/nm*km.
色散补偿技术
当前，发展比较成熟的、主流的色散补偿技术主要 是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要 技术是在每个（或几个）光纤段的输入或输出端通过放 置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路 上累积的色散接近零，从而可以使单信道1550nm外调 制光纤干线的色散得到较好的补偿。
光纤损耗（衰减）的定义
若光纤是均匀的，则还可以用单位长 度的衰减即衰减系数α来表示：
a (l) = 1 A(l) = 1 10 lg p1 (dB / km)
L
L
p2
3 光纤的色散特性
光纤中的色散
光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽 度被展宽
光纤的色散严重影响了系统的误码性 能，并限制了通信系统的容量和通信 距离
线性散射损耗
瑞利散射：光纤材料折射率 随机性变化引起
材料不均匀引起的散射
非线性散射损耗（与石英光纤的振动激发态 有关）
光纤损耗（衰减）的定义
光纤衰减是对光信号在光纤中传输时能量损失的 一种度量，单位为dB，在工作波长为λ时的衰减 A定义为：
A(l) =10lg p1 (dB)
p2 p1、p2分别为光纤注入端和输出端的光功率。 （ dB与dBm）
模间色散图
单模光纤中的色散
在单模光纤中不存在多种模式，也就没有模间色 散，但脉冲展宽现象依然存在，这是由于光脉冲 信号有一定的频谱宽度（光脉冲有不同的频率成 分），不同工作波长的光信号在光纤中将有不同 的传播群速度，造成光脉冲的展宽。这种现象叫 群速度色散，它一般小于模间色散。其主要由材 料色散和波导色散所决定。
因此，对于超长距离的光纤传输，现有的色散补偿 技术可以相对较好的解决色散问题，对于超远距离的传 输，其首要考虑的因素是光纤的衰减特性。
4 对各种单模光纤特性的比较
四种单模光纤
• G652 • G653 • G654 • G655
G652
1 ）G652光纤又被称为标准单模光纤，这种光纤是目前应用在 1310nm窗口的最广泛的零色散波长的单模光纤。
1）针对标准单模光纤衰减和零色散在不同工作波长的特点， 后来开发了一种将零色散波长从1310nm移到1550nm的色散 位移光纤，ITU将这种光纤定义为G653。进行色散位移后， 这种光纤在1550nm波段的色散为0,此时零色散与低损耗工作 在同一波长上。
2）但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道 数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频 （FWM）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。
光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同， 所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来 说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这 部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引 起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
波导色散
n1>n2
n2 反射面
n1
n1>n2
单模：8 ~10m 125m 多模：50m
传感器光纤
保偏光纤
• 熊猫 • 领结 • 椭圆
光敏光纤
Photosensitive Fiber for Fiber Gratings
1 光纤的分类及应用场合
中继光缆 低损耗，宽带宽；市内，城市间，长途
海底光缆 低损耗，宽带宽，高机械性能，高可靠性；海底
虚反射面 穿透深度Z
d 侧向位移
偏振模色散PMD
• 单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由 两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组 成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等， HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方 向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生 双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速 度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机 变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。通常 小于0.5 ps/ km1/2
光纤色散的分类:
模间色散(Mode Dispersion) 材料色散(Chromatic Dispersion) 波导色散(waveguide dispersion) 偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)
模间色散
在多模光纤中，各个模式走不同的路径， 高阶模走的路程长，低阶模走的路程短， 因此到达光纤终端的时间先后不同，造成 脉冲展宽，如下图所示。这种由于传输模 式引起的色散叫做模间色散。（即使谱线 很窄，模间色散也很大。）
G655
ps/nm·km
色 散 18
0
DWDM 波长范围
1310nm
1550nm
非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）
波长 l
四种光纤色散情况比较
3)因G654光纤在1550nm波段的衰减最小特性，结合较成熟的 色散补偿技术，该光纤原主要用于超长距离的的海底光缆。 但在G655、G656成熟后，G654光纤现也基本不用，属于淘 汰产品。
G655
1）G654光纤又称为非零色散光纤，这是一种改进的色散位移 光纤，其零色散波长不在1550nm处，而在1525nm或1585nm 处。
应
用户光缆
用
高密度，宽带宽，中低损耗；计算机网，光纤到户
场
局内光缆
合
体积小，重量轻，柔软；局域网
无金属光缆 低损耗，抗电磁干扰；电力，石化，交通
复合光缆 低损耗；电力 …...
2 光纤的损耗（衰减）特性
光纤的损耗（衰减）特性
光波在光纤中传输时随着传输距离的增加而光功 率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗（也可叫传 输衰减）。
形成光纤损耗的原因有很多，有来自光纤本身的 损耗（吸收损耗、散射损耗），也有光纤与光源 的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗，还有光纤 弯曲损耗以及纤芯与包层中的损耗。
光纤本身损耗的分类
本征吸收损耗：光波通过光纤材料时的损耗
ຫໍສະໝຸດ Baidu
吸收损耗 散射损耗
杂质吸收损耗：材料的不纯净以及工艺的不 完善造成的附加吸收损耗（过渡金属离子吸 收以及水的氢氧根离子的吸收）
多模光纤的分类：
从性能上讲A1类光纤比A2，A3，A4光纤特性好的多。多模光纤主要用于 短距离的局域网、数据链路及传感等方面。
光纤纤芯包层模型
Fibre core SiO2+ GeO2 Ø 10 μm n1 1.443
SiO2 Cladding Ø 125 μm±2 m n2 1.44
护套层 纤芯 包层 涂覆层
v=C/n
光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。
因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤
内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终
端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。
波导色散
由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生 全反射时，就可能有一部分光进入包层之内传输，另一部分 在纤芯中传输。进入包层内的光在传输一定距离后，又可能 回到纤芯中继续传输。由于纤芯和包层的折射率不同造成脉 冲展宽的现象称为波导色散。
基于以上特点，这种光纤应用在1550nm波段的2.5Gbps的干线 系统中，主要用于城域网。10Gbps系统色散受限距离为34Km。 且G652+DCF方案升级扩容成本高。
D
G652
G652色散曲线图：
色 散
系 18
数
0 1310nm 1550nm 波长λ
色散系数D的单位： ps/nm.km
G653
G654光纤特性（色散、衰减）
问题讲述流程
1 光纤的分类及应用场合 2 光纤的色散特性 3 光纤的衰减特性 4 对各种单模光纤特性的比较（给出G654光纤的特性）
1 光纤的分类及应用场合
单模光纤的分类
目前，光纤主要分为两大类，单模光纤和多模光纤。 按照ITU的规范，单模光纤的分类如下：
多模光纤的分类
单模光纤色散对信号的影响
材料色散
材料色散由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，
严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长
有不同的值。而光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是
只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。
当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速
C之间的关系为：
ps/nm·km
色 散 18
0 1310nm
G.655
G.654
DWDM 波长范围
1550nm
波长 l
G.653
DCF
谢谢！
2）其特点是当工作波长在1310nm时，光纤的色散很小，约为 3.5ps/nm*km,系统的传输距离基本上只受光纤衰减所限制；但 在1550nm波段色散较大，约为20ps/nm*km。
3）这种光纤在1310nm波段的损耗较大，约为0.3-0.4db/km；在 1550nm波段的损耗较小，约为：0.2-0.25db/km。
3）这种光纤适用10Gbps以上的单信道传输，但在波分复用 后会发生严重的4波混频现象，现已基本被淘汰。
G654
1）G654光纤又称为衰减最小光纤，这是一种应用于1550nm 波段的纯石英芯单模光纤（普通的光纤纤芯要掺锗），这种 光纤在1550nm波段衰减最小，仅为0.185dB/km。
2）G654光纤在1310nm波段的色散为0，但在1550nm处波段 色散较大，约为17-20ps/nm*km.
色散补偿技术
当前，发展比较成熟的、主流的色散补偿技术主要 是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要 技术是在每个（或几个）光纤段的输入或输出端通过放 置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路 上累积的色散接近零，从而可以使单信道1550nm外调 制光纤干线的色散得到较好的补偿。
光纤损耗（衰减）的定义
若光纤是均匀的，则还可以用单位长 度的衰减即衰减系数α来表示：
a (l) = 1 A(l) = 1 10 lg p1 (dB / km)
L
L
p2
3 光纤的色散特性
光纤中的色散
光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽 度被展宽
光纤的色散严重影响了系统的误码性 能，并限制了通信系统的容量和通信 距离
线性散射损耗
瑞利散射：光纤材料折射率 随机性变化引起
材料不均匀引起的散射
非线性散射损耗（与石英光纤的振动激发态 有关）
光纤损耗（衰减）的定义
光纤衰减是对光信号在光纤中传输时能量损失的 一种度量，单位为dB，在工作波长为λ时的衰减 A定义为：
A(l) =10lg p1 (dB)
p2 p1、p2分别为光纤注入端和输出端的光功率。 （ dB与dBm）
模间色散图
单模光纤中的色散
在单模光纤中不存在多种模式，也就没有模间色 散，但脉冲展宽现象依然存在，这是由于光脉冲 信号有一定的频谱宽度（光脉冲有不同的频率成 分），不同工作波长的光信号在光纤中将有不同 的传播群速度，造成光脉冲的展宽。这种现象叫 群速度色散，它一般小于模间色散。其主要由材 料色散和波导色散所决定。
因此，对于超长距离的光纤传输，现有的色散补偿 技术可以相对较好的解决色散问题，对于超远距离的传 输，其首要考虑的因素是光纤的衰减特性。
4 对各种单模光纤特性的比较
四种单模光纤
• G652 • G653 • G654 • G655
G652
1 ）G652光纤又被称为标准单模光纤，这种光纤是目前应用在 1310nm窗口的最广泛的零色散波长的单模光纤。
1）针对标准单模光纤衰减和零色散在不同工作波长的特点， 后来开发了一种将零色散波长从1310nm移到1550nm的色散 位移光纤，ITU将这种光纤定义为G653。进行色散位移后， 这种光纤在1550nm波段的色散为0,此时零色散与低损耗工作 在同一波长上。
2）但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道 数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频 （FWM）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。
光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同， 所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来 说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这 部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引 起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
波导色散
n1>n2
n2 反射面
n1
n1>n2
单模：8 ~10m 125m 多模：50m
传感器光纤
保偏光纤
• 熊猫 • 领结 • 椭圆
光敏光纤
Photosensitive Fiber for Fiber Gratings
1 光纤的分类及应用场合
中继光缆 低损耗，宽带宽；市内，城市间，长途
海底光缆 低损耗，宽带宽，高机械性能，高可靠性；海底
虚反射面 穿透深度Z
d 侧向位移
偏振模色散PMD
• 单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由 两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组 成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等， HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方 向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生 双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速 度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机 变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。通常 小于0.5 ps/ km1/2
光纤色散的分类:
模间色散(Mode Dispersion) 材料色散(Chromatic Dispersion) 波导色散(waveguide dispersion) 偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)
模间色散
在多模光纤中，各个模式走不同的路径， 高阶模走的路程长，低阶模走的路程短， 因此到达光纤终端的时间先后不同，造成 脉冲展宽，如下图所示。这种由于传输模 式引起的色散叫做模间色散。（即使谱线 很窄，模间色散也很大。）