光纤与波长 1

光纤与波长的关系

光是一种电磁波,它在光纤中的传播属于介质圆波导,当光线在介质的界面发生全反射是,电磁波被限制在介质中,这种波型成为导波或导模。对给定的导波和工作波长,存在多种满足全反射条件的入射情况,称为导波的不同模式。将光纤按照传输模式分类,有多模光纤和单模光纤之分。多模光纤可以传输若干个模式,而单模光纤对给定的工作波长只能传输一个模式。

多模光纤多用于传输速率相对较低,传输距离相对较短的网络中,如局域网等,这类网络中通常具有节点多,接头多,弯路多,而且连接器、耦合器的用量大,单位光纤长度使用光源个数多等特点,使用多模光纤可以有效的降低网络成本。单模光纤多用于传输距离长,传输速率相对较高的线路中,如长途干线传输,城域网建设等。

单模 一种光纤类型,光以单一路径通过这种光纤。以激光器为光源。

多模 一种光纤类型,光以多重路径通过这种光纤。以发光二极管或激光器为光源。 按传输模式分

按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。

多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm ,包层外直径125μm ,单模光纤的纤芯直径为8.3μm ,包层外直径125μm 。光纤的工作波长有短波长0.85μm 、长波长1.31μm 和1.55μm 。光纤损耗一般是随波长加长而减小,0.85μm 的损耗为2.5dB/km,1.31μm 的损耗为0.35dB/km,

1.55μm 的损耗为0.20dB/km,这是光纤的最低损耗,波长1.65μm 以上的损耗趋向加大。由于OHˉ的吸收作用,0.90~1.30μm 和1.34~1.52μm 范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用。80年代起,倾向于多用单模光纤,而且先用长波长1.31μm 。

多模光纤

多模光纤(Multi Mode Fiber):中心玻璃芯较粗(50或62.5μm) ,可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM 时则只有300MB 的带宽了。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。

单模光纤

单模光纤(Single Mode Fiber):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,采用单模光纤的成本会比多模光纤的成本高。

在多模光纤上传输决定传输距离的主要因素是光纤的带宽和LED 的工作波长,

例如,如果采用工作波长1300nm 的LED 和50微米的光纤,其传输带宽是400MHz.km ,链路衰减为0.7dB/km,

如果基带传输频率F 为150MHz ,对于出纤功率为-18dBm ,接收灵敏度为-25 dBm的光纤传输系统,其最大链路损耗为7 dB,则可计算:

ST 连接器损耗:2dB (两个ST 连接器)

光学损耗裕量:2

1

则理论传输距离:

L=(7 dB-2 dB-2 dB)/0.7dB/km=4.2 km

L 为传输距离,而根据光纤的带宽计算:

L=B/F=400MHz.km/150MHz=2.6km

其中 B为光纤带宽,F 为基带传输频率,那么实际传输测试时,L £2.6km ,由此可见,决定传输距离的主要因素是多模光纤的带宽。

(2)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20 ps/(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

也就是说,对于模拟波形,采用1550nm 波长的光,当传输距离为50公里时,传输带宽已经小于132.5 MHz,如果基带传输频率F 为150MHz ,那么传输距离已经小于50km ,况且实际应用中,光源的谱线宽度往往大于1nm 。

从上式可以看出,1550nm 波长的光在G.652光纤上传输时决定其传输距离限制的主要是色散因数。

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光纤与波长的关系

光是一种电磁波,它在光纤中的传播属于介质圆波导,当光线在介质的界面发生全反射是,电磁波被限制在介质中,这种波型成为导波或导模。对给定的导波和工作波长,存在多种满足全反射条件的入射情况,称为导波的不同模式。将光纤按照传输模式分类,有多模光纤和单模光纤之分。多模光纤可以传输若干个模式,而单模光纤对给定的工作波长只能传输一个模式。

多模光纤多用于传输速率相对较低,传输距离相对较短的网络中,如局域网等,这类网络中通常具有节点多,接头多,弯路多,而且连接器、耦合器的用量大,单位光纤长度使用光源个数多等特点,使用多模光纤可以有效的降低网络成本。单模光纤多用于传输距离长,传输速率相对较高的线路中,如长途干线传输,城域网建设等。

单模 一种光纤类型,光以单一路径通过这种光纤。以激光器为光源。

多模 一种光纤类型,光以多重路径通过这种光纤。以发光二极管或激光器为光源。 按传输模式分

按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。

多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm ,包层外直径125μm ,单模光纤的纤芯直径为8.3μm ,包层外直径125μm 。光纤的工作波长有短波长0.85μm 、长波长1.31μm 和1.55μm 。光纤损耗一般是随波长加长而减小,0.85μm 的损耗为2.5dB/km,1.31μm 的损耗为0.35dB/km,

1.55μm 的损耗为0.20dB/km,这是光纤的最低损耗,波长1.65μm 以上的损耗趋向加大。由于OHˉ的吸收作用,0.90~1.30μm 和1.34~1.52μm 范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用。80年代起,倾向于多用单模光纤,而且先用长波长1.31μm 。

多模光纤

多模光纤(Multi Mode Fiber):中心玻璃芯较粗(50或62.5μm) ,可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM 时则只有300MB 的带宽了。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。

单模光纤

单模光纤(Single Mode Fiber):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,采用单模光纤的成本会比多模光纤的成本高。

在多模光纤上传输决定传输距离的主要因素是光纤的带宽和LED 的工作波长,

例如,如果采用工作波长1300nm 的LED 和50微米的光纤,其传输带宽是400MHz.km ,链路衰减为0.7dB/km,

如果基带传输频率F 为150MHz ,对于出纤功率为-18dBm ,接收灵敏度为-25 dBm的光纤传输系统,其最大链路损耗为7 dB,则可计算:

ST 连接器损耗:2dB (两个ST 连接器)

光学损耗裕量:2

1

则理论传输距离:

L=(7 dB-2 dB-2 dB)/0.7dB/km=4.2 km

L 为传输距离,而根据光纤的带宽计算:

L=B/F=400MHz.km/150MHz=2.6km

其中 B为光纤带宽,F 为基带传输频率,那么实际传输测试时,L £2.6km ,由此可见,决定传输距离的主要因素是多模光纤的带宽。

(2)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20 ps/(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

也就是说,对于模拟波形,采用1550nm 波长的光,当传输距离为50公里时,传输带宽已经小于132.5 MHz,如果基带传输频率F 为150MHz ,那么传输距离已经小于50km ,况且实际应用中,光源的谱线宽度往往大于1nm 。

从上式可以看出,1550nm 波长的光在G.652光纤上传输时决定其传输距离限制的主要是色散因数。

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