单模光纤工作波长与截止波长的关系

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：只有当工作波长大于单模光纤的截止波长时，才能保证光纤工作在单模状态。G.652光纤即非色散位移单模光纤，是常规单模光纤。G.654光纤即截止波长位移单模光纤，其零色散波长在1 310 nm 附近，其截止波长移到了较长波长。

单模光纤是指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。由于单模光纤只传输基模，不存在模式色散，因此它具有相当宽的传输带宽，适用于长距离、大容量的光纤通信系统。

1.单模光纤的结构特点

为了保证单模传输，光纤的芯径较小，一般其芯径为4～10μm。

单模光纤纤芯的折射率分布一般要求为均匀分布设计，但是由于光纤制造过程中的某些不完善，纤芯折射率分布实际上是非均匀的。此外，为了制造的合理及改善光纤性能，单模光纤的包层折射率常是变化的。例如，为了降低光纤的损耗和色散，常在纤芯外加一层高纯度、低损耗的内包层。内包层之外是外包层，构成所谓的双包层结构。图9.5给出了几种不同的折射率分布形式。

2.单模光纤的特性参数

单模光纤的主要特性参数有折射率分布、衰减系数、色散、截止波长、模场直径等。折射率分布、衰减系数、色散特性前面已经叙述，这里简单介绍截止波长、模场直径两个参数。

（1）截止波长

单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模截止时的波长。只有当工作波长大于单模光纤的截止波长时，才能保证光纤工作在单模状态。

（2）模场直径

单模光纤的模场直径是单模光纤所特有的一个重要参数。

单模光纤中的场并不完全集中在纤芯中，而是有相当部分的能量在包层中传输，所以不能用纤芯的几何尺寸作为单模光纤的特性参数，而是用模场直径作为描述单模光纤中光能集中程度的度量。

模场是光纤中基模的电场在空间的强度分布。模场直径则是描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，即光纤中光能的集中程度。

3.单模光纤的偏振

所谓单模光纤，实际上传输两个相互正交的基模。在完善的光纤中，这两个模式有相同的相位常数，是互相兼并的。但实际光纤总带有某种程度的不完善，如纤芯的椭圆变形、光纤内部的残余应力等，这些因素使得两正交基模的相位常数不相等。这种现象叫作光纤的双折射。由于双折射，两模式的群速度不同，从而引起偏振色散。

由于双折射的存在，将引起光波的偏振态沿光纤长度发生变化。

4.单模光纤的分类

按照国际电信联盟电信标准化部门ITU-T 的建议G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657，单模光纤可以分为6种：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤、宽带光传输使用的非零色散单模光纤、用于接入网的低弯曲损耗不敏感单模光纤。

G.652光纤即非色散位移单模光纤，是常规单模光纤。常规单模光纤是最早使用的单模光纤，也是目前使用最广泛的光纤。其性能特点是：在1 310 nm 波长处的色散为零；在1 550 nm波长区具有最小衰减系数，但具有最大色散系数。G.652光纤又被细分为A、B、C、D 四个子类。其中G.652A 光纤适用于1 530～1 565 nm 波段，能支持10 Gbit/s系统传输距离达400 km，10 Gbit/s以太网的传输达40 km，支持40 Gbit/s系统的传输距离达2 km。G.652B光纤适用于1 530～1 625 nm 波段，可支持速率10 Gbit/s系统传输距离达3 000 km 以上和40 Gbit/s系统传输距离达80 km。G.652C光纤，即波长段扩展的非色散位移单模光纤，又称为低水峰光纤或城域网专用光纤，它消除了1 385 nm 附近OH 根离子吸收的损耗峰（俗称水峰），使损耗谱平坦，在1 550 nm 的衰减更低，其总体性能与G.652A是类似的，它适用于1 360～1 530 nm 波段，光纤增加了可用波长范围，使波分复用信道数大为增加，是城域网应用的较佳选择。G.652D 集合了G.552B和G.652C 的优点，即与G.652B 有相似的属性和应用范围，但衰减性能与G.652C相同，并允许使用在1 360～1 530 nm 波段，具有在未来城域网应用的广阔前景。

G.653光纤即色散位移单模光纤，是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状来加大波导色散，将零色散点从1 310 nm 位移到1 550 nm，实现1 550 nm 波长区最低损耗和零色散波长一致。这种光纤适合于长距离高速率的单信道光纤通信系统。

G.654光纤即截止波长位移单模光纤，其零色散波长在1 310 nm 附近，其截止波长移到了较长波长。光纤在1 550 nm 波长区域损耗极小，最佳工作范围为1 500～1 600 nm。光纤抗弯曲性能好，主要用于无中继的海底光纤通信系统。

G.655光纤即非零色散位移单模光纤，是为适应波分复用（WDM）传输系统设计和制造的光纤。这种光纤是在色散位移单模光纤的基础上通过改变折射率分布的方法使得光纤在1 550 nm波长色散不为零，且在1 530～1 565 nm 波段区具有小的色散（1～6 ps/nm·km），以抑制四波混频等非线性效应，适用于具有光放大、高速率（10 Gbit/s以上）、大容量、密集波分复用（DWDM）传输系统的应用。G.655光纤又被细分为A、B、C三个子类。其中G.655A 光纤工作在1 530～1 565 nm 波段，支持速率10 Gbit/s为基础、信道间隔不小于200 GHz的DWDM 系统和10 Gbit/s单信道TDM 系统。G.655B光纤适用于1 530～1 625 nm 波段，支持速率10 Gbit/s为基础、信道间隔大于等于200 GHz的DWDM 系统，传输距离可达400 km。G.655C光纤与G.655B光纤属性相类似，但它的偏振模色散比G.655B 要低，支持信道间隔100 GHz 及以下的N×10 Gbit/s 系统传输3 000 km 以上或N×40 Gbit/s 系统传输80 km 以上。

宽带光传输使用的非零色散单模光纤，也称为G.656光纤，在1 460～1 625 nm 波段比现有G.655光纤具有更大的正色散值，且色散的斜率更低。这种更大的色散值可更有效地抑制DWDM 系统中的四波混频、交叉相位调制等非线性效应。由于这种光纤超出了现有G.655光纤标准规定的波长范围，而且该光纤在S、C、L三个波段具有较大的正色散值，所以可以在S、C、L 三个波段实现波分复用，满足系统发展应用的要求。G.655光纤既适用于长途骨干网，又适用于城域网，可见这种光纤在未来的光传送网中具有广阔的前景。

用于接入网的低弯曲损耗不敏感单模光纤，也称为G.657光纤，具有卓越的抗弯曲性能，使光缆的安装更为便捷，光纤可以像铜缆一样，沿着建筑物内很小的拐角安装。

还有一种很有应用前景的单模光纤——色散补偿单模光纤，它是一种在1 550 nm 波长区有很大负色散的单模光纤。当它与G.652光纤连接使用时，可以抵消几十千米光纤的正色散，可以实现长距离、大容量的传输。

单模光纤工作波长与截止波长的关系

相关推荐