第二部分-光纤光缆课件.ppt

1、第二部分 光纤光缆 光纤作为传输媒质，为光网络提供了巨大而廉价的可用带宽，在光网络的发展中起着非常重要作用。2.1光纤的发展进程1966年英籍华人高锟发表了关于光纤通信的论文，美国康宁公司看准了光纤发展的商机，投入了大量人力物力研制光纤，到上世纪70年代中期，光纤基本达到了实用的水平。到上世纪80年代中期光纤通信开始大规模的商用，当时主要是G651、G652光纤，其后也出现了G653、G654光纤。我国大约从上世纪90年代开始大规模地开始了光纤通信的建设。原邮电部在全国实施了八纵八横战略，使全国长途骨干网基本实现了传输光缆化。到目前光缆发展到G655、G656、G657等品种繁多的光纤。2.2

2、光纤的构成现在的光纤全部是一种高度透明的高纯度二氧化硅玻璃丝全称为光导纤维。光纤的剖面基本分三部分：a 折射率较高的芯区；b 折射率较低的包层；c 表面涂层。一般包层直径125m，涂层直径250m，芯区根据光缆种类而直径也不同。还有塑料光纤，氟化物光纤等，目前未达到实 用化水平，公用通信网不用。2.3光纤的分类光纤主要分为两大类:即多模光纤、单模光纤。2.3.1多模光纤分类分为A1、A2.1、A2.2、A3、A4A1类又分为A1a、A1b、A1c和A1d A2类又分为A2a、A2b、A2cA3类又分为A3a、A3b、A3cA4类又分为A4a、A4b、A4cA1类光纤为梯度型多模光纤；A2、A3

3、、A4类光纤为阶跃型多模光纤。从性能上讲A1类光纤比A2、A3、A4类光纤好的多。多模光纤主要用在短距离的局域网、数据链路、传感等方面。公用通信网不用多模光纤。所以简单介绍一下，参数不讲。2.3.2单模光纤分类分为B1.1、B1.2、B1.3、B2、B3、B4.上述分类不够细，按ITU-T的规范分类如下IEC：国际电工委员会2.4单模光纤参数及应用范围2.4.1 单模光纤衰减参数本图粗实线表示G652C、G652D、G657光纤衰减曲线，粗虚线表示其它光纤在1360nm至1460 nm范围内的衰耗 。G652光纤是目前应用最广泛的标准单模光纤，称为1310nm性能最佳的单模光纤.2.4.2单模

4、光纤系统的传输窗口共415nm波长宽度，U波段是维护波段，去掉U波段实际可用365nm波长宽度。这是G652c、G652d光纤，其它单模光纤实际可用265nm波长宽度。2.4.3单模光纤色散A色度色散 所谓色度色散指光谱中不同波长分量在光纤中的群速度不同所引起的光脉冲展宽现象。由光纤材料色散和波导色散组成。有四个参数表描述（1）色度色散系数D（）D（）指单位光源谱宽和单位长度光纤的色度色散，单位为ps/(nmkm)。如G652光纤在1550nm，D（）为1618 ps/(nmkm)通常取18 ps/(nmkm)。（2）零色散波长。当波导色散与材料色散在某个波长上相互抵消，使总色散为零时，该波长

5、即为零色散波长。如G652光纤零色散波长为1310nm左右。（3）零色散斜率S0 在零色散波长处，色散系数随波长变化曲线的斜率即为零色散斜率S0，单位为ps/(nmkm)。如G652光纤的S0 为为0.093 ps/(nmkm)此参数可计算某一波长的色度色散系数D（）如G652光纤在1550nm波长处的色散系数式中：工作波长（nm）0min：最小零色散波长（nm）0max：最大零色散波长（nm）S0max：最大零色散斜率如G652光纤在1550nm的波长色散系数为：16 D（）18G655光纤色散系数D（）确定Dmin D（）Dmax min max0.1 ps/(nmkm)Dmin Dmax

6、 10 ps/(nmkm)1530nm min max 1565nmDmax Dmin+5.0 ps/(nmkm)这是一个限制范围的规范，ITU-T的规定比较宽松，未给出So值有的公司给出的So值为0.05 ps/(nmkm)或0.0450.065ps/(nmkm)G656光纤色散系数D（）确定Dmin（）D（）Dmax（）Dmin（）=amin+bmin（-1460）Dmax（）=amax+bmax（-1460）a、b表示具体数值，随光纤不同而异G656在14601625nm范围内色散系数大于2 ps/(nmkm)小于14 ps/(nmkm)G657光纤零色散波长范围和零色散系数与G652光

7、纤相同波长13001324nm 系数0.092 ps/(nmkm)由于G655、G656、G657光纤ITU-T还在不断完善中，所找资料不太全供大家参考。（4）相对色散斜率RDS 该参数主要用来描述色散补偿作用，定义为光纤在某波长处的色散斜率S 与该波长的色散D 之比。通常以某波段的中心波长为参考单位 RDS=S /D 理论上当色散补偿光纤RDS与传输光纤的RDS相等时，可以实现100%的色散斜率补偿。实际应尽量使两者接近。B 极化模（偏振模）色散系数（PMD）单模光纤在传输中，光的基波具有两个互相垂直正交的极化模状态。在传输中受到各种因数（如压力、弯曲、扭转、及连接等）时，使X偏振与Y偏振不

8、能同时到达目的地，从而产生差分时延就是PMD1xxnm此参数主要影响高速链路如10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s。PMD单位为kmps/以上所述主要掌握光纤的衰减、色度色散、偏振模色散3个参数。2.5 光纤的主要参数规范 光纤的参数规范分几个部分：A ITU-T光纤的参数规范；B ITU-T光缆的参数规范；C 光纤产品的参数规范；D 系统设计光缆链路参数规范。其中A、B的参数规范比较宽松，设计时主要采用C、D的参数规范。2.5.1 ITU-T光纤参数规范（1）ITU-T光纤的属性注：该波长区可扩展到1260nm，但由于瑞利散射的原因其衰减比 1310nm处增加0.07dB/

9、Km 经过氢老化后1383nm处的抽样衰减平均值小于或等于1310nm处的衰减。因此G652C、G652D光纤称为全波光纤或无水峰光纤。G653、G654光纤目前我们不用，属性参数不列。G657光纤未找到ITU-T资料以上为ITU-T对光纤光缆的参数规范可以看出，参数值是比较宽容的。生产厂家生产的各种光纤光缆必须在这个参数范围以内，并且优于此参数。（2）光纤产品的属性下面讲光纤产品技术参数，这些参数远远优于ITU-T规定的参数，在日常设计中我们应用这些参数，不使用ITU-T规定的参数。G652光纤是目前应用最广泛的标准单模光纤，称为1310nm性能最佳的单模光纤。这种光纤也可以应用在1550n

10、m波长区，但因色散较大1620ps/(nmkm)所以性能不是最佳。单模匹配包层光纤（还有一种下陷包层光纤）就是G652A、G652B光纤广泛用于接入网、城域网、干线等地方。主要适用于O、C波段。单模全波光纤也称无水峰光纤，即G652C、G652D光纤，用于O、E、S、CL、U全波段最适合使用于城域网。共有365nm宽度，波分复用后可大量接入各种客户数据信息。今后城域网（骨干、汇聚、接入各层）光缆设计中应优先采用。G653光纤为色散位移光纤，由于1550nm波段色散为0，波分复用后会产生严重的4波混频现象，现已淘汰不用。G654光纤原主要用于海缆，G655、G656光纤成熟后，G654光纤也基本

11、不用，属于淘汰产品。目前找到的G655、G656 光纤产品的主要参数有上表的3种。G655、G656光纤由于色散斜率低，在工作波段色散比较平坦，一般色散最小也 2ps/(nmkm)，最大也小于14ps/(nmkm)。所以适合在整个S+C+L波段应用DWDM技术。由于PMD链路值很小，是今后高速率（10G、40G、100G）密集波分系统干线工程首选的光纤。上述技术指标为武汉长飞公司生产的易贝牌光纤，其性能优于G652C、G652D、G657A、G657B光纤，能工作在O-E-S-C-L全波段。在传输网中，完全可以代替G652C、G652D光纤。该光纤为弯曲不敏感光纤，其弯曲半径在7.516mm之

12、间，突出的性能完全可以应用在用户住宅沿墙角敷设。其它光纤因弯曲半径较大，不能沿墙角敷设。C 设计和使用光纤时的主要关注点（1）光缆的衰耗系数 设计使用光缆时，根据不同的工作波长选取不同的衰耗系数。在光传输设计规范中的最坏中继段设计中给出的公式，主要是根据光缆的衰耗系数和光线路段的发送功率、按照灵敏度来计算中继段距离。（2）色散系数及色散斜率系数此系数也是限制中继段长度的主要系数理想的色散系数应如下图所示即有一定的色散系数，以便抑制四波混频效应又不能太大，而是整个波段内应该是平坦的。但目前做不到。实际的光纤色散系数如下图所示三种G655光纤的色散斜率 设计使用中根据使用不同的波长利用色散斜率方式

13、计算不同的色散系数，再根据光线路板提供的最大色度色散值求出中继段的距离。（3）关于PMD 在高速率系统设计中一定要计算一下PMD参数链路长度具体计算时可按下式计算2)B(10000PMDL式中 L：传输距离Km PMD:光缆链路平均偏振模色散系数 B：传输速率Gbit/skmps/D 关于色散补偿光纤（DCF）由于光纤色散的存在，限制了传输距离，为了延长通信传输距离。产生了色散补偿光纤（DCF），这种光纤实际上是一种具有很高的负色散斜率和很大负色散值的特制光纤。由于色散的负值恰好与普通G652及G655光纤的正色散相反，链路中加入一定的DCF可抵消G652及G655光纤的正色散，使整个光缆链路

14、保持一个较小值的正色散，使传输距离大大的延长。使用DCF是目前最好的色散补偿技术。表中M称为光纤的优值，RDS 相对色散斜率 M=D/()D表示光纤色散系数；()表示衰减系数。一般DCF()1dB/Km从工程实际来讲希望DCF负色散系数尽量大而衰减系数尽量小，所以引 入了M这个量。一般DCF作为一个盘单元装入传输机架内与光缆连接，不做为光缆在线路上敷设。E 光纤的温度特性光缆在室外运行，环境温度不是保持不变的，所以ITU-T对光纤的温度特性也作了规定光缆设计中根据所在地极端最低、最高温度决定光缆光纤的代号。根据链路的距离选择光缆光纤的级别，0级没有附加衰耗，3级最大为0.3dB/Km.了解光纤参数是光缆线路设计人员、传输设备人员应该掌握的知识。例如模场直径的容差，设计时可计算光纤熔接参数。熔接接头衰耗的计算可用公式计算接头衰减 （dB）212221s2lg20wwww 如光纤1为8m，光纤2为9m，则熔接衰耗为如光纤1为8m，光纤2为10m，则熔接衰耗为dB058.098298lg2022sdB214.01082108lg2022s这是该光纤熔接时的最小衰减，无论是最好的熔接设备和最熟练的技术操作人员，只能达到此水平。对传输设计人员来讲，最主要的是要熟悉光纤的衰耗、色度色散、高速率（10Gbit/s）情况下PMD及利用光纤的型号（G652、G655等）。