3.2.3  多模光纤与单模光纤的概念(课件）-高二《通信技术》同步教学（电子工业版）

1 3.2.3  多模光纤与单模光纤的概念 按传输光波的模式不同，又可分为多模光纤和单模光纤。 11.多模光纤 纤芯内传输多个模式的光波，也就是说这种光纤允许多个传导模通过。多模光纤适用于几十Mbps到100 Mbps的码元速率，传输距离是10到100Km左右。 多模光纤可以分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。阶跃型多模光纤结构最为简单，制造工艺易于实现，是光纤研究的初期产品。 12.单模光纤 纤芯中只能传输光的基模，不存在模间时延差，因而具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤主要用于传送距离很长的主干线及国际长途通信系统，速率为几个Gdps.由于价格的下降以及对比特传输率的要求不断提高，单模光纤也被用于原来使用多模光纤的系统。 2 单模光纤的外径是125μm，它的芯径一般为8-10μm，目前用得最多的1.31μm单模光纤芯部的最大相对折射率差为0.3-0.4%。 光纤的分类以及主要性能特点，归纳于表3-1中。 CCITT G.651、G.652建议分别对渐变型多模光纤和1.31μm单模光纤的主要参数作了规定，见表3-2和表3-3。 3 4 5 6 3.2.4       光缆与光纤的连接 1． 1.光缆的结构 在实际通信线路中，往往将多根光纤制成不同结构形式的光缆。根据不同用途和不同环境条件，光缆的形式很多，但不论其结构形式如何，都是由缆芯、加强元件和护套组成。 缆芯由光纤芯线组成，一般分为单芯和多芯两种，主要完成传输信息的任务。 加强元件是用来增强光缆的抗拉强度，通常采用铜丝或非金属的合成纤维。 护层主要是对已形成缆的纤芯线起保护作用。常用的光缆结构如图3.11所示。 7 8 2．光纤的连接 光纤的连接有两种，即固定连接和活动连接。 （1）固定连接：有熔接法和粘接法等不同的工艺，它们一般用于光纤线路上光纤与光纤的连接，这种接头常称为死接头。 （2）活动连接：主要依靠光纤连接器来完成，是一种可以拆卸的接续，一般用于机与线或机与机之间的连接，这种接头常称为活接头。光纤连接是必不可少的，但不能因此而影响整个光纤通信系统的传输质量。 （3）对光纤连接的根本要求是：附加损耗低，机械强度高，可靠性好，便于安装维修。 9 3.2.5 光纤的传输特性： 一.光纤的损耗特性 ： 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传播损耗。光纤每单位长度的损耗，直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。 1.吸收损耗：光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能,造成光功率的损失。 造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关，下面主要介绍本征吸收与杂质吸收。 （1）本征吸收：它是光纤基础材料（如SiO2）固有的吸收，并不是杂质或缺陷所引起的，因此，本征吸收基本上确定了某一种材料吸收损耗的下限。 10 （2）杂质吸收：它是由于光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗。这些不纯成分，就会使传输产生很大的损耗。 2.散射损耗：是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不 均匀，使光纤中传导的光发生色散，由此产生的损耗为散射损耗。 ⑴瑞利散射：它属于光纤的本征散射损耗。这种散射是由于光纤材料的折射率随机性变化而引起。它的大小与光波长的四次方成反比。 ⑵结构缺陷散射：在光纤制造过程中，由于结构缺陷（如光纤中的气泡、纤芯和包层交界处粗糙等），将会产生散射损耗这种损耗与光波长无关。 11 3. 其它损耗：包括弯曲损耗和连接损耗。 当光纤轴线弯曲时，将有部分光线从纤芯渗入包层和护层，甚至透过护层而逸出，造成光散射损失，这就是弯曲损耗。 连接损耗是由于被连接的两根光纤的端面发生空间错位造成的。 综上分析，吸收损耗和散射损耗是由光纤本身造成的，在0.8～0.9μm波段内，损耗约为2dB/km；在1.31μm处，损耗为0.5dB/km；而在1.55μm处，损耗可降至0.2dB/km，这已接近了SiO2光纤的理论极限值，因此在长波长窗口可使光纤传输信息的容量进一步加大。 12 二.光纤的色散特性 光纤色散是指不同频率成分或不同模式成分在光纤中以不同的群速度传播，致使光纤传输的信号波形发生畸变的一种物理现象。在数字光纤通信系统中，色散表现为光脉冲的宽度被展宽。在光纤通信系统中，光纤色散限制了带宽，而带宽又直接影响通信线路的容量和传输速率，因此光纤色散特性也是光纤的一个性能指标。 根据光纤色散产生的原因，它包括模式色散，材料色散和波导色散三种。 13 （1）   模式色散 是指由于各模式之间的群速度不同而引起的色散，即在多模光纤中，不同模式的光在同一频率下传输，由于在光纤中行进的轨迹不同，光在同样长度的光纤中传输时，需不同的时间，即模间存在时延差，这