光纖基礎(chǔ)知識簡介

1、 光纖簡介一、光纖概述光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（light emitting diode,LED）或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。二、光纖工作波長光是一種電磁波?？梢姽獠糠植ㄩL圍是：390nm760nm(納米)，大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。光纖的工作波長有短波長0.85m、長波長1.31m和1.55m。光纖損耗一般是隨波長加長而減小，0.85m的損耗為2.5dB/km，

2、1.31m的損耗為0.35dB/km，1.55m的損耗為0.20dB/km，這是光纖的最低損耗，波長1.65m以上的損耗趨向加大。三、光纖分類光纖的分類主要是從工作波長、折射率分布、傳輸模式、原材料和制造方法上作一歸納的，各種分類如下。（1）工作波長：紫外光纖、可觀光纖、近紅外光纖、紅外光纖（0.85m、1.3m、1.55m）。（2）折射率分布：階躍（SI）型光纖、近階躍型光纖、漸變（GI）型光纖、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。 （3）傳輸模式：單模光纖（含偏振保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。（4）原材料：石英光纖、多成分玻璃光纖、塑料光纖、復(fù)合材料光纖（如塑料包層、液體纖芯等）、紅

3、外材料等。按被覆材料還可分為無機(jī)材料（碳等）、金屬材料（銅、鎳等）和塑料等。（5）制造方法：預(yù)塑有汽相軸向沉積（VAD）、化學(xué)汽相沉積（CVD）等，拉絲法有管律法（Rod intube）和雙坩鍋法等。四、單模光纖與多模光纖光纖是一種光波導(dǎo)，因而光波在其中傳播也存在模式問題。所謂“模”是指以一定角速度進(jìn)入光纖的一束光。模式是指傳輸線橫截面和縱截面的電磁場結(jié)構(gòu)圖形，即電磁波的分布情況。一般來說，不同的模式有不同的的場結(jié)構(gòu)，且每一種傳輸線都有一個(gè)與其對應(yīng)的基?；蛑髂??；Ｊ墙刂共ㄩL最長的模式。除基模外，截止波長較短的其它模式稱為高次模。根據(jù)光纖能傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)目，可將其分為單模光纖和多模光纖。多模光纖

4、允許多束光在光纖中同時(shí)傳播，從而形成模分散（因?yàn)槊恳粋€(gè)模光進(jìn)入光纖的角度不同它們到達(dá)另一端點(diǎn)的時(shí)間也不同，這種特征稱為模分散）。模分散技術(shù)限制了多模光纖的帶寬和距離。單模光纖只能允許一束光傳播，所以單模光纖沒有模分散特性。（1）單模光纖單模光纖(Single Mode Fiber)的中心高折射率玻璃芯直徑有三種型號：8m、9m和10m，只能傳一種模式的光。一樣條件下，纖徑越小衰減越小，可傳輸距離越遠(yuǎn)。中心波長為1310nm或1550nm。單模光纖用激光器作為光源。單模光纖用于主干、大容量、長距離的系統(tǒng)。單?？诎l(fā)射功率圍一般在0dBm左右，一些超長距接口會(huì)高達(dá)+5dBm，接收功率的圍在-23 d

5、Bm到0dBm之間。（注：最大可接收功率叫做過載光功率，最小可接收功率叫做接收靈敏度。工程上要求正常工作接收光功率小于過載光功率35dBm，大于接收靈敏度35dBm。一般來講不管單模接口還是多模接口，實(shí)際接收功率在-5至-15dBm之間算比較合理的工作圍。）單模光纖模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但還存在著材料色散和波導(dǎo)色散，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。（2）多模光纖多模光纖(Multi Mode Fiber)的中心高折射率玻璃芯直徑有兩種型號：62.5m和50m，可傳多種模式的光。中心波長為多為850nm，也有用1310nm。多模光纖用發(fā)光二極管作為光

6、源。多模光纖用于小容量，短距離的系統(tǒng)。多?？诎l(fā)射功率比單模口小，與GBIC或SFP的型號直接相關(guān)，一般在-9.5dBm到-4dBm之間；多?？诮邮展β室话阍?20dBm到0dBm之間。（注：最大可接收功率叫做過載光功率，最小可接收功率叫做接收靈敏度。工程上要求正常工作接收光功率小于過載光功率35dBm，大于接收靈敏度35dBm。一般來講不管單模接口還是多模接口，實(shí)際接收功率在-5至-15dBm之間算比較合理的工作圍。）多模光纖模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，

7、一般只有幾公里。新一代多模光纖是一種50/125m，漸變折射率分布的多模光纖。采用50m芯徑原因有：（1）50m光纖中傳輸模的數(shù)目大約是62.5m多模光纖中傳輸模的1/2.5。這可有效降低多模光纖的模色散，增加帶寬。對850nm波長，50/125m比62.5/125m多模光纖帶寬可增加三倍（500MHz.km比160MHz.km）。（2）以前，LED光源的輸出功率低，發(fā)散角大，連接器損耗大，使用芯徑和數(shù)值孔徑大的光纖以使盡多光功率注入是必須考慮的，因此62.5m多模光纖應(yīng)用較廣。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED輸出功率和發(fā)散角的改進(jìn)、連接器性能的提高，尤其是使用了VCSEL，光功率注入已不成問題。（3）

8、光纖標(biāo)識單模光纖上印的型號字有：SM、Single Mode Fiber、9/125、B1.1、LX、等，單模跳纖多為黃色。（注：1表示中心束管，B表示單模）多模光纖上印的型號字有：MM、Multi Mode Fiber、A1a、50/125、A1b、62.5/125、SX等，單模跳纖多為橙色。（注：A表示多模，a表示50/125，b表示62.5/125）SX/LH表示可以使用單?；蚨嗄９饫w。五、跳纖與尾纖光纖跳線：來做從設(shè)備到光纖布線鏈路的跳接線。有較厚的保護(hù)層，一般用在光端機(jī)和終端盒之間的連接。(也就是雙頭)下圖為集中常見的跳線。光纖尾纖：只有一端有連接頭，而另一端是一根光纜纖芯的斷頭，通

9、過熔接與其他光纜纖芯相連，常出現(xiàn)在光纖終端盒，用于連接光纜與光纖收發(fā)器）（也就是單頭）。在生產(chǎn)中，為了便于測試，均生產(chǎn)為跳纖，即兩頭均有光纖連接器，施工時(shí)，從中間剪斷，一根跳纖即成了兩根尾纖。在表示尾纖接頭的標(biāo)注中，我們常能見到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含義如下：“/”前面部分表示尾纖的連接器型號，“/”后面表明光纖接頭截面工藝，即研磨方式?！癙C”：接頭截面是平的，在電信運(yùn)營商的設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛?！癆PC”：接頭采用帶傾角的端面，斜度一般看不出來，可使反射光不沿原路徑返回。在廣電和早期的CATV中應(yīng)用較多。它可以改善電視信號的質(zhì)量，主要原因是電視信號是模擬光調(diào)制，當(dāng)接頭耦合面是

10、垂直的時(shí)候，反射光沿原路徑返回。一般數(shù)字信號一般不存在此問題。 “UPC”：它的衰耗比PC要小，一般有特殊需求的設(shè)備的法蘭盤為FC/UPC。國外廠家ODF架部跳纖用的就是FC/UPC，可提高ODF設(shè)備自身的指標(biāo)。六、光纖接頭與光纖連接器光纖連接器（也叫光纖適配器、法蘭盤）是光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸（活動(dòng)）連接的器件，它是把光纖的兩個(gè)端面精密對接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小。在一定程度上，光纖連接器也影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。在實(shí)際應(yīng)用過程中，我們一般按照光纖連接器結(jié)構(gòu)的不同來加以區(qū)分。下面是一些目前比較常

11、見的光纖接口和光纖連接器。(1)FC型：FC（Ferrule Connector縮寫）型接頭是圓型帶螺紋的金屬接頭，緊固方式為螺絲扣。一般在ODF側(cè)采用(配線架上用的最多)，有一螺帽擰到適配器上，優(yōu)點(diǎn)是牢靠、防灰塵，缺點(diǎn)是安裝時(shí)間稍長。左圖為FC型接頭，右圖為FC光纖適配器。（2）SC型：SC接頭是卡接式方型塑料接頭，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全一樣，其中插針的端面多采用PC或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。SC接頭直接插拔，使用很方便，缺點(diǎn)是容易掉出來，一般用于傳輸設(shè)備側(cè)光接口。1×9光模塊、GBIC光模塊都采用SC型接頭。下圖為SC型接頭。下

12、面圖片，左圖為SC單模雙工適配器，右圖為SC單模單工適配器。（3）ST型ST接頭是卡接式圓形外殼的金屬接頭，緊固方式為螺絲扣，常用于光纖配線架。ST頭插入后旋轉(zhuǎn)半周有一卡口固定，缺點(diǎn)是容易折斷。下面左圖為ST接頭，右圖為ST連接器。說明：ST連接器的芯外露，SC連接器的芯在接頭里面。對于10Base-F連接來說，連接器通常是ST類型的；對于100Base-FX來說，連接器大部分情況下為SC類型的。(4)LC型LC接頭是小方型的塑料接頭，與SC接頭形狀相似，較SC接頭小一些，采用操作方便的模塊化插孔（RJ）閂鎖機(jī)理制成。SFP模塊采用LC型接頭。在單模SFF方面，LC類型的連接器實(shí)際已經(jīng)占據(jù)了主

13、導(dǎo)地位，在多模方面的應(yīng)用也增長迅速。路由器常用。下面左圖為LC接頭，右圖為SC接頭。下面左圖是LC單模雙光光纖適配器，右圖為LC單模單工光纖適配器。(5)MT-RJ型 MT-RJ接頭是方型精密塑膠接頭，起步于NTT開發(fā)的MT連接器，帶有與RJ-45型LAN電連接器一樣的閂鎖機(jī)構(gòu)，通過安裝于小型套管兩側(cè)的導(dǎo)向銷對準(zhǔn)光纖。MT-RJ接口的尺寸與標(biāo)準(zhǔn)插口的尺寸相當(dāng)，可裝入常規(guī)的RJ-45面板和配線架模塊中。為便于與光收發(fā)信機(jī)相連，連接器端面光纖為雙芯（間隔0.75mm）排列設(shè)計(jì)，是主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)南乱淮呙芏裙饫w連接器。左圖為MT-RJ接頭，右圖為MT-RJ連接器。(6) 雙錐型（Biconic

14、Connector）這類光纖連接器中最有代表性的產(chǎn)品由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制，它由兩個(gè)經(jīng)精密模壓成形的端頭呈截頭圓錐形的圓筒插頭和一個(gè)部裝有雙錐形塑料套筒的耦合組件組成。(7) DIN47256型這是一種由德國開發(fā)的連接器。這種連接器采用的插針和耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型一樣，端面處理采用PC研磨方式。與FC型連接器相比，其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，部金屬結(jié)構(gòu)中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。另外，這種連接器的機(jī)械精度較高，因而介入損耗值較小。(8)MU型MU（Miniature unit Coupling）連接器是以目前使用最多的SC型連接器為基礎(chǔ)，由NTT研制開發(fā)出來的世界上最小

15、的單芯光纖連接器，。該連接器采用1.25mm直徑的套管和自保持機(jī)構(gòu)，其優(yōu)勢在于能實(shí)現(xiàn)高密度安裝。利用MU的l.25mm直徑的套管，NTT已經(jīng)開發(fā)了MU連接器系列。它們有用于光纜連接的插座型連接器（MU-A系列）；具有自保持機(jī)構(gòu)的底板連接器（MU-B系列）以與用于連接LDPD模塊與插頭的簡化插座（MU-SR系列）等。隨著光纖網(wǎng)絡(luò)向更大帶寬更大容量方向的迅速發(fā)展和DWDM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對MU型連接器的需求也將迅速增長。八、光纖模塊光纖模塊是光纖通信系統(tǒng)中的重要器件，能夠進(jìn)行光電信號間的轉(zhuǎn)換，具有接收和發(fā)射作用。光纖模塊一般都支持熱插拔。（1）光纖模塊原理光纖模塊由光電子器件，作用電路和光接口等組

16、成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分：輸入一定碼率的電信號經(jīng)部 的驅(qū)動(dòng)芯片處理后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號, 其部帶有光功率自動(dòng)控制電路,使輸出的光信 號功率保持穩(wěn)定.接收部分:一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉(zhuǎn)換為電信號.經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號,輸出的信號一般為PECL電平.同時(shí)在輸入光功率小于一定值后會(huì)輸出一個(gè)告警信號光檢測器:把來自光纖的光信號還原成電信號,經(jīng)放大,整形,再生恢復(fù)原形后輸入到電端機(jī)的接收。（2）光纖模塊分類按照速率分：以太網(wǎng)應(yīng)用的100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GESDH應(yīng)用的

17、155M、622M、2.5G、10G按照封裝分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，其說明如下：1×9封裝：焊接型光模塊，一般速度不高于千兆，多采用SC接口SFF封裝：Small Form Factor縮寫，焊接小封裝光模塊，一般速度不高于千兆，多采用LC接口。GBIC封裝：Giga Bitrate Interface Converter的縮寫，是將千兆位電信號轉(zhuǎn)換為光信號的接口器件，接口多為SC或ST型。目前GBIC基本被SFP取代。SFP封裝：Small Form-factor Pluggables的縮寫，是熱插拔小封裝模塊，在功能上與GBIC基本一

18、致，可以簡單的理解為GBIC的升級版本?？捎玫墓鈱W(xué)SFP模塊一般分為如下類別：850納米波長/550米距離的 MMF (SX)、1310納米波長/10公里距離的 SMF (LX)、1550 納米波長/40公里距離的XD、80公里距離的ZX、120公里距離的EX或EZX，以與DWDM。多采用LC接口。商用SFP收發(fā)器能夠提供速率達(dá)到4.25Gbps。10 Gbps收發(fā)器的幾種封裝形式為XFP，以與與SFP封裝基本一致的新的變種"SFP+"。XENPAK封裝：應(yīng)用在萬兆以太網(wǎng)，采用SC接口XFP封裝：10G光模塊，可用在萬兆以太網(wǎng)，SONET等多種系統(tǒng)，多采用LC接口八、光端機(jī)與光纖收發(fā)器光端機(jī)是一個(gè)延長數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w通信設(shè)備，它主要是通過信號調(diào)制、光電轉(zhuǎn)化等技術(shù)，利用光傳輸特性來達(dá)到遠(yuǎn)