光纖及相關(guān)測試儀表漫談?wù)n件

1、光纖主要特征及測試指標(biāo)占我們公司年銷售額最多的通信儀器有哪幾個？（熔接機和OTDR；光源+功率計數(shù)量也不少)這些儀器都是為誰而設(shè)計的？ （光纖）那我們對光纖的分類、制造過程、特性、優(yōu)缺點了解多少呢？是不是跟客戶交流時感到知識面不夠？光纖除了以上常見儀表外還需大量測試儀來為它服務(wù)，有哪些？本膠片主要目的：1、了解光纖基礎(chǔ)知識從而熟悉光纖的分類、特性、優(yōu)缺點2、清楚光纖測試所需的所有儀表有哪些3、更容易與客戶溝通、更好挖掘項目、更專業(yè)銷售光纖測試儀目錄根據(jù)光纖的不同特性本膠片按以下內(nèi)容來分類：前言光纖光學(xué)特性光纖幾何特性光纖傳輸特性光纖機械特性光纖環(huán)境特性前言光纖發(fā)展史為什么要用光纖光纖通信方式為

2、什么要用光纖 90年代前，我國大多數(shù)還是使用同軸電纜（京廣線1800/3600路，只相當(dāng)現(xiàn)在一個2.5G的通信量），光纖相比電纜優(yōu)勢如下： 900 對銅纜216 根光纜22規(guī)的導(dǎo)體 （直徑0.63毫米）4800 鎊/1000 英尺1.54 Mb/s10,8001.14 英里單模光纖200 鎊/1000 英尺40 x 10 Gb/s27,869,00072 英里介質(zhì)類型重量傳輸速率2路電話呼叫中繼間隔2.86英寸0.70英寸PK為什么要用光纖寬帶通訊（超大容量） 光纖：2. 5 Gbps；同軸電纜： 5 bps 低損耗，中繼距離長： 光纖：公里；同軸電纜： 公里低通訊成本（電纜成本很高）壽命長（

3、幾十年），電纜5-10年左右無電磁波干擾通訊保密性好體積小、重量輕、便于施工維護(hù)原材料來源豐富，潛在價格低廉應(yīng)用領(lǐng)域：全球的海底網(wǎng)絡(luò)/陸地網(wǎng)絡(luò)/衛(wèi)星系統(tǒng)與光纖網(wǎng)絡(luò)/光纖到戶和光纖到桌面局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等單信道全光中繼數(shù)字通信光-電-光中繼的數(shù)字通信光纖通信方式最簡單光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖光纖光學(xué)特性認(rèn)識光光學(xué)原理光纖基本結(jié)構(gòu)光纖分類方法光纖光學(xué)特性技術(shù)指標(biāo)光纖光學(xué)特性測試儀表11光是占據(jù)電磁波譜中特定范圍的電磁波（比如：1200-1620NM)用光波長來量化光的“顏色”、光波長單位是 nm 或m、功率單位為 dBm對人類來說，波長為380nm(紫) 750nm(紅)的光為可見光， 通信用光為

4、不可見光，波長通常為850nm、1310nm和 1550nm等等擴充通信系統(tǒng)傳輸容量時，需用CWDM、 DWDM系統(tǒng)，傳輸用光波長為1525nm1625nm 之間的4、8、16、32 、80、200等波長通道，或增加更多的光纖數(shù)。伽瑪射線X射線紫外線紅外線無線電波：微波、電視信號可見光譜380nm750nm0.1nm1nm100nm1mm1cm1m電磁波譜認(rèn)識光OTDR波長：1310、1490、1550、1625nm650nm紅光源波長光學(xué)原理1、基本光學(xué)定律：光在均勻介質(zhì)(折射率n不變)中是沿直線路徑傳播的. 傳播速度為：V=C/n ，式中，C=3108m/s（光速：光在真空中的傳播速度，n

5、是介質(zhì)的折射率） 第1種媒質(zhì)（n1）分界面第2種媒質(zhì)（n2）n1n2法線折射定律：n1sin 入n2sin 折入 反折入射光線折射光線反射光線2、反射、折射定律：光在不同折射率介質(zhì)中傳輸時反射定律：入射角入反射角反13光學(xué)原理光纖是一種導(dǎo)光的石英玻璃纖維，光在纖芯內(nèi)滿足全反射條件時向前傳播當(dāng)光沿纖芯向前傳播時，實際上同時存在反射和折射現(xiàn)象反射：當(dāng)纖芯中的光傳到芯/包界面時，被反射回纖芯內(nèi)。折射：當(dāng)纖芯中的光傳到芯/包界面時，小于臨界角時透過界面進(jìn)入包層（即光源入射到光纖的入射角過大）。所以光纖入射光源的入射角度是有規(guī)范要求的，否則折射影響傳輸?shù)?種媒質(zhì)（n1）分界面第2種媒質(zhì)（n2）n1n2法

6、線折射光線反射光線入射光線全反射定律：當(dāng)入射角度增大到某一角度時，折射角可以獲得最大值90，此時可認(rèn)為無折射光存在，所有的入射光都被反射，稱為全反射現(xiàn)象，滿足全反射現(xiàn)象的最小角度稱為全反射的臨界角 C。當(dāng)入射角大于 C時，只有反射光而沒有折射光C光纖軸線方向纖芯（n1）包層（n2）n1n23、全反射定律：光在光纖中傳輸條件光纖工作原理（舉例：多模） 光纖利用控制光源入射到光纖的入射角，保證入射到光纖中的光在界面上的全反射原理進(jìn)行工作。 芯層反射率N1包層反射率N2時大于臨界角會形成反射而無折射 實際上這是多模光纖傳輸示意圖，單模光纖只有平行于中心軸的直線光傳播，沒有彎曲的反射和折射光光學(xué)工作原

7、理16菲涅爾（Fresnel）反射向前傳播的光到達(dá)光纖端面后發(fā)生反射，稱之為菲涅爾反射 菲涅爾反射也是被OTDR利用的一個重要現(xiàn)象光纖基本結(jié)構(gòu)二次涂覆層 (PVC)抗拉材料(芳族聚酰胺 ) 一次涂覆層（250um緩沖層） 包層(125um) 芯層9/52/62.5um 纖芯 core：折射率較高，用來傳送光；高純度SiO2+摻雜劑如GeO2 P2O5摻雜，提高芯層折射率等。 包層 coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件（把光能量束縛在纖芯）；高純度SiO2+摻雜劑如B2O3降低薄層折射率。纖芯和包層都用石英作為基本材料，折射率差通過在纖芯和包層進(jìn)行不同的摻雜來實現(xiàn)。涂覆套 jac

8、ket：強度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖；環(huán)氧樹脂、硅橡膠和尼龍。護(hù)套：尼龍或其他有機材料跳纖(緊套-盤纖 松套-跳纖）裸纖纖芯直徑 單模光纖： 8-10（9）um; 多模光纖： 50um/62.5um包層直徑 普通光纖： 125um涂覆層直徑(內(nèi)外層） 內(nèi)層 170200um 外層 245um光纖基本結(jié)構(gòu)125um245um芯層: SiO2+Ge+F 包層: SiO2+F內(nèi)涂覆層:丙烯酸樹脂 外涂敷層:丙烯酸樹脂纖 芯包 層內(nèi)涂敷層外涂敷層光纖分類方法按折射率分布按傳到模式 按材料按二次涂覆層結(jié)構(gòu)22 九月 2022按折射率分類階躍型光纖(SIF ：Step Index Fiber)信號畸變

9、大（色散）；漸變型光纖(GIF：Graded Index Fiber)信號畸變小。 單模光纖(Single-Mode) 只傳輸主模，也就是說光線只沿平行于光纖的中心軸進(jìn)行傳輸，只有一種傳輸途徑，沒有反射和折射現(xiàn)象發(fā)生，到達(dá)末端時間一致，由于完全避免了模式色散，使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量，長距離的光纖通訊。 單模光纖使用的光波長為1310nm或1550nm。 單模光纖 多模光纖(Multi-Mode) 在一定的工作波長下，有多個模式在光纖中傳輸（850nm/1300nm）即有多種傳播途徑, 這種光纖稱之為多模光纖。由于色散或像差，因此，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶比較窄，傳輸容

10、量也比較小，距離比較短 。階躍型多模模式是指光的在光纖中的傳輸方式（電磁場分布形式），即不同的傳輸路徑每一個模式對應(yīng)于沿光纖軸向傳播的一種電磁波光纖中能夠傳導(dǎo)的模式是由光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。外界光源（LED多模或激光單模光源）激勵只能激勵起光纖中允許存在的一種或幾種模式而不會改變模式的固有性質(zhì)按傳導(dǎo)模式22 九月 2022(a) 階躍型多模光纖； (b) 漸變型多模光纖； (c) 單模光纖按傳導(dǎo)模式22 九月 2022 此動畫為光信號在多模階躍折射率光纖中的傳輸，由動畫可以直觀地看出：不同模式的光信號到達(dá)終點所需的時間不相等（折射率相同、路徑不同） 即模間色散太大，帶寬窄；只用于100M以下傳

11、輸 此類光纖現(xiàn)在已淘汰不用了按傳導(dǎo)模式按傳導(dǎo)模式22 九月 2022 此動畫為光信號在單模階躍折射率光纖中的傳輸，由動畫可以直觀地看出：單模光纖中只有一個模式（即平行于中心軸）的光信號可以傳輸，不存在不同模式之間的時間差，只有模內(nèi)色散（即同一模式下不同波長的十分微小的時間差，后面會講） 所以帶寬高，適合長距離高速傳輸、但對光源耦合要求高 按傳導(dǎo)模式光纖剖面折射率示意圖多模芯層包層芯層包層G.652G.655特種光纖按傳導(dǎo)模式W型三角橢圓W型：色散平坦、色散位移光纖三角形：改進(jìn)型色散位移、非零色散光纖橢圓（雙折射光纖）：偏振保持光纖光纖光學(xué)特性技術(shù)指標(biāo)折射率分布最大理論數(shù)值孔徑模場直徑截至波長差

12、分模延遲DMD（Differential Mode Delay）滿注入帶寬（OFL)有效模式帶寬(850nm)折射率分布(適用：單模、多模）： 我們知道，由于纖芯中的光折射率不是均勻分布的，它隨r（離開芯軸的距離）的變化而變化 不同光纖、不同波長的折射率不一樣，變化規(guī)律一般分三種，表現(xiàn)在g（折射率分布指數(shù)）的不同取定：g=1三角形分布; g=2拋物線分布(梯度分布); g階躍分布多模光纖的折射率分布，決定光纖帶寬和連接損耗單模光纖的折射率分布，決定工作波長的選擇問題：為什么不能隨意更改OTDR配置菜單中的折射率值？數(shù)值孔徑（只適用多模）：遠(yuǎn)場光分步法 入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，

13、只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。 在光纖中，把受光角的一半（max）的正弦定義為光纖的數(shù)值孔徑，即NA sinmax 光纖的數(shù)值孔徑（NA）對光源耦合效率、光纖損耗、彎曲的敏感性以及帶寬有著密切的關(guān)系，數(shù)值孔徑大，接收光功率大，容易耦合，微彎敏感小，帶寬較窄截至波長（只適用：單模）：傳輸功率法 是單模光纖中光信號能以單模方式（僅基模）傳播的最小波長，也可以理解為多模傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)閱文鬏敃r的最小波長點截止波長條件可以保證在最短光纜長度上單模傳輸，并且可以抑制高次模的產(chǎn)生或可以將產(chǎn)生的高次模噪聲功率代價減小到完全可以忽略的地步 如果用小于截至波長的光來傳輸，損耗和色

14、散將會很大模場直徑（單模）：遠(yuǎn)場可變孔徑法、直接遠(yuǎn)場掃描法 單模光纖傳輸?shù)墓饽懿皇峭耆性诶w芯中，而是有相當(dāng)大一部分在包層中傳輸，所以不用纖芯的幾何尺寸作為單模光纖參數(shù)，而采用模場直徑作為描述光纖傳輸光能集中程度的參量，當(dāng)光纖橫截面上光強度下降到它的峰值的1/e2橫截面積尺寸 模場直徑越小，通過光纖橫截面的能量密度就越大。當(dāng)通過光纖的能量密度過大時，會引起光纖的非線性效應(yīng)，造成光纖通信系統(tǒng)的光信噪比降低，影響系統(tǒng)性能。包層芯在光纖中傳輸?shù)墓獾膹姸确植疾ㄩL越長，模場直徑越大，光更容易受彎曲向外泄露，產(chǎn)生宏彎衰減問題1：為什么OTDR測試會出現(xiàn)負(fù)損耗？ 兩端模場直徑大小不一致（越小散射光越強 模

15、場直徑不一致的光纖熔接在一起會導(dǎo)致熔接損耗誤差（需要雙向測試），是OTDR損耗誤差中影響最大的因素，當(dāng)模場損耗大于接頭損耗時測試就可能會出現(xiàn)負(fù)值， 問題2：為什么熔接機性能很好，但熔接損耗很大？差分模延遲DMD(多模OM3/OM4）：區(qū)分普通多模和新一代多模光纖技術(shù)指標(biāo)是：帶寬和DMD普通光纖使用低帶寬、滿注入LED光源（色度色散），光面積大而分散新一代多模光纖為增加帶寬又降低成本啟用單模光纖使用的高帶寬激光光源（模式色散），注入光面積小能量集中 多模光纖用激光光源時，光脈沖傳送過程中會發(fā)散展寬，發(fā)散狀況嚴(yán)重到一定程度后，前后脈沖之間會相互重疊，接收端無法準(zhǔn)確分辨每一個光脈沖信號，稱之為DMD

16、 DMD就是多模光纖使用單模激光源導(dǎo)致出現(xiàn)的模式色散問題，比如可改善光纖工藝（中心洼陷）來減少DMD 激光光源和LED光源不一樣，一個光脈沖只激活了幾個模態(tài)分量，能量全集中在這幾個模態(tài)上，而每個模態(tài)分量走的路徑不同，到達(dá)接收端只有有一個模態(tài)有延遲就會嚴(yán)重影響信號識別，導(dǎo)致DMD現(xiàn)象發(fā)生；LED剛好相反，大面積光源激起所有傳導(dǎo)模，能量平均在所有模式上，即使模式到達(dá)時間有差距，但對整個能量影響很小，又由于低速率發(fā)送的是間距大的光脈沖，所以在短距離、低速率情況下收端脈沖判斷不會受影響。 所以O(shè)M1/OM2不用測試DMD，因為不使用激光光源LED色度色散 激光模間色散LED滿注入態(tài)（能量平均分散） 激

17、光偏注入態(tài)（能量集中分布）差分模延遲DMD(多模OM3/OM4）：DMD測試方法：模板法 在10Gbit/s以太網(wǎng)多模光纖的DMD測試中，使用850nm單模光源注入多模光纖纖芯的不同位置，如從纖芯中心（即0um）到纖芯邊緣（如23um）。在不同的注入位置時，測試通過待測光纖后的脈沖形狀，如圖所示。多模光纖的DMD大小等于：DMD = (TSLOW TFAST) DTREF 其中：TSLOW和TFAST分別以脈沖最大值的25%為起點。DTREF是脈沖固有寬度和光纖色度色散所造成的脈沖展寬之和。模板法 測試圖解 套用模板環(huán)形光通量ER（encircled flux): 由于OM3/OM4使用激光光

18、源，不同于LED，光功率集中分布在規(guī)定的范圍內(nèi)，保證高帶寬傳輸 IEEE組織FOTP203規(guī)定了用于10G速率以上的VCSEL激光的光功率分布圖；要求光源經(jīng)過一段短的多模光纖耦合之后，其近場強度分布應(yīng)滿足在中心30m范圍內(nèi)光通量大于75%，在中心9m范圍內(nèi)光通量大于25%。 測量多模光纖激光器帶寬的光源的功率分布，沿光纖傳輸?shù)慕鼒龉鈴姵尸F(xiàn)面包圈型的特征，稱之為環(huán)形光通量。有效模式帶寬EMD(多模OM3/OM4）,也叫激光帶寬： 單位MHz.km：每公里光纖所能通過的最大脈沖調(diào)制頻率由于不同多模光纖帶寬不同，尤其是在數(shù)據(jù)機房和樓宇布線下對光纖質(zhì)量有不同的要求，必須保證多模光纖的有效帶寬滿足需求，

19、否則會出現(xiàn)混亂現(xiàn)象，目前只能在實驗室來實現(xiàn)精確測量 目前主要測試方有兩種： EMBc和DMD DMD：模板、簡單有效，但不能知道具體帶寬值（見前面介紹） EMBc：精確值、復(fù)雜 ；計算方法：DMD*ER（延遲*光通量） PK公司綜合測試儀2500：數(shù)值孔徑、模場直徑、截至波長、DMD和光纖帶寬測試PK公司2440：ER環(huán)形光通量測試PK公司S14：光纖折射率分布測試PE公司W(wǎng)S400:數(shù)值孔徑、模場直徑、截至波長光纖光學(xué)特性測試儀表光纖幾何特性包層直徑包層不圓度涂層直徑涂層/包層同心度誤差涂層不圓度芯包層同心度誤差翹曲度（半徑）交貨長度光纖幾何特性測試儀表光纖幾何特性技術(shù)指標(biāo)幾何特性技術(shù)指標(biāo)數(shù)

20、據(jù)（舉例）單位 包層直徑涂層直徑125.01.02427um包層不圓度涂層不圓度1.06.0%涂層/包層同心度誤差芯包層同心度誤差12.00.6um翹曲度（半徑）4m交貨長度2.1 50.4km/盤41包層/芯層直徑包層/芯層不圓度芯/包同心度誤差光纖的幾何參數(shù)對于光纖熔接損耗有很大的影響，必須將各參數(shù)控制在容忍的范圍內(nèi)42翹曲度：在特定長度光纖上測量到的彎曲度，可用曲率半徑來表示彎曲度。翹曲度（即曲率半徑）數(shù)值越大，光纖越直適當(dāng)?shù)膸缀纬叽绮贿m當(dāng)?shù)膸缀纬叽绨鼘又睆叫?包同心度誤差這些情況對熔接都不利！43直徑不一致、不圓度、同心度誤差、尤其是模場直徑誤差都會導(dǎo)致熔接損耗誤差，OTDR測試值誤差

21、及負(fù)損耗就是這樣出現(xiàn)的這也是光纜長必須測試這些指標(biāo)的主要原因(1) 纖芯對準(zhǔn)(2) 預(yù)熔，端面接觸(3) 融接完畢44PK公司2400：光纖幾何尺寸測試儀PK公司2420：高精度光纖幾何尺寸測試儀交貨長度：EXFO各種型號OTDR光纖幾何特性測試儀表光纖傳輸特性光纖材料選擇光纖的損耗光纖的色散多模光纖分類單模光纖分類光纖傳輸特性技術(shù)指標(biāo)光纖傳輸特性測試儀表光纖材料選擇光纖材料有：高純度玻璃（石英）塑料氧化物玻璃紅外玻璃晶體46材料選擇的依據(jù)：對光的衰減較?。ㄖ匾獾纳⑤^小（重要）折射率徑向分布易于精確控制和調(diào)整較好的機械強度良好的化學(xué)穩(wěn)定性成本高純度玻璃（石英）特性：光纖首選材料：適合遠(yuǎn)

22、距離、高速度、大容量的傳輸?shù)蛽p耗高帶寬較好的提純工藝、制棒技術(shù)良好的傳輸特性、光學(xué)特性機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性光纖損耗光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強度逐漸減弱，光纖對光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗 。 即便是在理想的光纖中都存在損耗本征損耗47損耗本征（不可避免）非本征（可避免）吸收紫外吸收金屬離子紅外吸收OH離子、H2原子缺陷吸收散射瑞利散射波導(dǎo)缺陷米氏散射（次要）受激布里淵散射（次要）受激拉曼散射（次要）彎曲（輻射）紅彎曲、微彎曲產(chǎn)生光纖損耗因素有：本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值本征吸收損耗本征吸收損耗 由制造光纖材料本身 (如SiO2) 的特性所決定，包括紫

23、外吸收、紅外吸收。即便波導(dǎo)結(jié)構(gòu)非常完美而且材料不含任何雜質(zhì)也會存在本征吸收(1) 紫外吸收 光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲿⒐饫w材料中的電子從低能級激發(fā)到高能級，同時光子流中的能量被電子吸收而引起損耗。該損耗與光纖中非晶體材料的帶隙相關(guān)。(2) 紅外吸收 由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時，一部分光波能量傳遞給晶格，使其振動加劇，從而引起的損耗。z晶格光傳播方向kEx非本征吸收損耗 原子缺陷吸收：光纖材料的原子結(jié)構(gòu)不完整造成 在光纖的制造過程中光纖材料受到某種熱激勵造成結(jié)構(gòu)的不完善或在使用時暴露在強粒子的光輻射下將會發(fā)生某個共價鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生振動，從而吸收光能，

24、引起損耗，其峰值吸收波長約為630 nm左右。1 rad(Si) = 0.01 J/kg非本征吸收吸收 原材料將在光纖的制造過程中引入雜質(zhì)，帶來較強的非本征吸收。有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等金屬離子和OH。OH吸收峰解決方法：(1)對制造光纖的材料進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)提純，比如材料達(dá)到99.9999999%的純度(2)制造工藝上改進(jìn)，如避免使用氫氧焰加熱(汽相軸向沉積法)光纖吸收損耗曲線舉例：摻GeO2的低損耗、低OH含量石英光纖OH0.154 dB/km幾種摻雜成分不同的光纖的損耗比較紫外吸收紅外吸收散射損耗 光纖中由于密度不均、折射率的變化以及結(jié)構(gòu)上的不完善，會發(fā)生散射

25、現(xiàn)象，使光不能直線傳播而造成能量的損耗本征散射損耗：瑞利散射：尺度小于光波長的材料密度的不均勻顆粒對入射光產(chǎn)生的本征散射，短波長的光容易發(fā)生這種散射；問題：OTDR雙波長測試時1310曲線比1550高且曲線會交叉？造成原因分子密度分布不均勻；摻雜分子導(dǎo)致折射率不均勻非本征散射損耗：波導(dǎo)散射：由波導(dǎo)缺陷導(dǎo)致的散射造成原因纖芯和包層的界面不完整、圓度不均勻以及殘留氣泡和裂痕等引起的散射（目前的制造工藝基本可以克服波導(dǎo)散射）彎曲損耗宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲微彎：光纖軸線產(chǎn)生微米級的高頻彎曲高階模比低階模容易發(fā)生宏彎損耗，因此有時可用彎曲的辦法濾掉高階模宏彎：當(dāng)曲率半徑減小時，輻射損耗呈

26、指數(shù)增加消逝場qqq qcqRCladdingCore場分布彎曲損耗微彎的原因： 光纖的生產(chǎn)過程中的帶來的不均成纜時受到壓力不均使用過程中由于光纖各個部分熱脹冷縮的不同導(dǎo)致的后果：造成能量輻射損耗高階模功率損耗低階模功率耦合到高階模減小微彎的一種辦法是在光纖外面一層彈性保護(hù)套宏彎和微彎對損耗的附加影響彎曲損耗隨模場直徑增加顯著增加問題：為什么多模比單模彎曲損耗更明顯？光纖彎曲帶來額外損耗波長越長，彎曲更明顯問題：OTDR上的宏彎功能是如何實現(xiàn)的？宏彎損耗微彎損耗基本損耗l增加，V減少新技術(shù)：抗宏彎的柔性光纖Photonic Crystal FiberPhotonic Bandgap Fiber

27、光子晶體光纖新技術(shù)：彎曲不敏感光纖 隨著數(shù)據(jù)中心速率提高、FTTH、室內(nèi)布線的需求，為了減少彎曲帶來的損耗，所以多模、單模都出現(xiàn)了彎曲不敏感光纖主要區(qū)別：彎曲半徑指標(biāo)差距多模彎曲半徑對比：單模彎曲半徑對比：第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損 耗 (dB/km)波 長 (nm)OH離子吸收峰第三傳輸窗口在1.55m處最小損耗約為0.2dB/km波導(dǎo)缺陷單模光纖損耗譜圖第四窗口第五窗口多模單模光纖損耗譜對比多模光纖的損耗大于單模光纖為獲得較大的數(shù)值孔徑，多模光纖中摻雜的濃度高（本征損耗大）由于纖芯-包層邊界的微擾，多模光纖容易產(chǎn)生高階模式損耗多模光

28、纖單模光纖 前面的討論說明多種導(dǎo)致光纖損耗的原因。一般來說光信號在光纖中傳播的時候，其功率隨距離 L 的增加呈指數(shù)衰減：那么，評價光纖損耗特性可以通過損耗系數(shù)來衡量。光纖的損耗系數(shù)定義為：其中L為光纖長度，Pin和Pout分別為輸入和輸出光功率。一般標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在1550 nm的損耗系數(shù)為0.2 dB/km。光纖損耗的計算問題：1、光纖總損耗公式？散射+紫外+紅外2、光纖損耗因素還有嗎？模場直徑不匹配、彎曲等附加損耗3、OTDR測試損耗值準(zhǔn)確嗎？雙向測試準(zhǔn)確嗎？為什么？不準(zhǔn)確，只能達(dá)到90%左右，只有散射損耗4、OTDR主要用途？長度和連接器，損耗值并不準(zhǔn)確5、熔接機損耗判斷原理？在什么情況下

29、準(zhǔn)確？模場直徑匹配且對準(zhǔn)情況下6、那用什么才能準(zhǔn)確測量損耗值？OTDR雙向和光源+光功 色散定義色散（Dispersion):是由于光纖中所傳輸?shù)墓庑盘柕牟煌念l率成分（不同波長）、不同模式成分、不同偏振狀態(tài)的群速不同而引起的傳輸信號的畸變的一種物理現(xiàn)象。色散將傳輸脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率。傳輸距離越長脈沖展寬越嚴(yán)重，傳輸速率越高碼間距離越近越容易誤判，所以色散限制了光纖的通信容量，也限制了無中繼傳輸距離色散系數(shù)為： ps/nmkm光波長間隔 光波長間隔對應(yīng)的群時延差物理含義是指經(jīng)單位長度光纖傳輸后，單位光波長間隔對應(yīng)的群時延差。色散分類根據(jù)光信號不同頻率、不同模式和不同偏振態(tài)，色散

30、分類如下：模內(nèi)色散 (群速率色散)：色度色散（因不同波長的顏色不同）材料色散：每種光源都有一定的譜寬（即不同頻率），而光纖材料對不同的頻率成分的折射率不同，從而不同的頻率成分在光纖中傳播的群速度不同波導(dǎo)色散：信號光處于纖芯的部分和處于包層的部分具有不同的傳播速度，從而導(dǎo)致色散。它的大小取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯包層的折射率差模間色散：不同傳播模式在光纖中具有不同的傳播路徑和速率，造成模間色散偏振模色散：環(huán)境因素造成光不同偏振態(tài)的傳播時延差多模傳輸：模間色散占主導(dǎo)，材料色散相對較小，波導(dǎo)色散一般可以忽略。單模傳輸：材料色散占主導(dǎo)，波導(dǎo)色散較小。由于光源不是單色的，總有一定的譜寬，這就增加了材料色散和波

31、導(dǎo)色散的嚴(yán)重性l1l2l3l1l2l3模內(nèi)色散：材料色散光纖材料對不同的頻率成份折射率(傳播速率)不同，發(fā)生光脈沖形狀畸變材料色散為正值減小材料色散：選擇譜寬窄的光源，采用較長的工作波長單模光纖中傳播模80%能量在纖芯 20%能量在包層模內(nèi)色散：波導(dǎo)色散光在纖芯部分（慢）和包層的部分（快）具有不同的傳播速度，收端發(fā)生光脈沖形狀畸變波導(dǎo)色散為負(fù)值模內(nèi)色散特性圖（單模）1320一般來說材料色散的影響大于波導(dǎo)色散： |Dm| |Dw|1550D(nm)1310G.652（常規(guī)SM）G.653(DSF)G.655 (NZ-DSF)模間色散 多模光纖中不同導(dǎo)模具有不同的傳播路徑和速度導(dǎo)致了模間色散。對于

32、子午光纖，經(jīng)過長度L后模間色散可能產(chǎn)生的最大脈沖展寬為：DL為兩種模式的光程差。不同多模光纖中折射率不同，色散值也不同模間色散（階躍光纖）模的次數(shù)越高,其角度 越大，vg=v cos 越小，傳播就需要更多的時間。所以群速度和光纖模式有關(guān)，模數(shù)不同，其群速度也不同。由于高階模的傳播速度比低階模的慢，因而在入射端輸入的光脈沖中，次數(shù)越高的模越滯后。qqcosg=光線uuuq低階模高階模色度色散減少措施利用譜線寬度很窄的DFB激光器：縮小波長范圍工作在色散為零的波長附近色散補償?shù)霓k法偏振模色散 (PMD)偏振與雙折射是單模光纖特有的問題單模光纖實際上傳輸?shù)氖莾蓚€正交的基模，它們的電場各沿x和y兩個方

33、向偏振。理想光纖的幾何尺寸是均勻的且沒有應(yīng)力，因而光波在這兩個相互垂直偏振態(tài)方向以完全相同的速率傳播，在光纖的另一端沒有任何延遲，但實際光纖總存在某種程度的不完善，如光纖纖芯的橢圓變形、光纖內(nèi)部的殘余應(yīng)力等，從而使得兩個模式之間的兼并被破壞，兩個模式的相位常數(shù)不相等，這種現(xiàn)象稱為模式雙折射。雙折射的存在將引起一系列復(fù)雜的效應(yīng)，例如，兩模式的群速率不同，兩個相互垂直的偏振模以不同的速率傳播，使得到達(dá)光纖另一端的時間也不同。兩個偏振模的到達(dá)時間差稱為偏振模色散PMD，時間差為微微秒(ps)。PMD系數(shù)表示的單位為ps/km。n1xn1y/x/yEEyExEyDtExDttzt輸入光脈沖輸出光脈沖脈

34、沖展寬光強光強xyzExEyPMD產(chǎn)生的原因內(nèi)部因素：光纖的缺陷外部因素：環(huán)境影響幾何尺寸：不圓等內(nèi)部應(yīng)力（膨脹系數(shù)）：芯層不均勻側(cè)壓等成纜或施工：側(cè)方向擠壓，彎曲或扭曲強電場/磁場/溫度刮風(fēng)（架空）光器件及子系統(tǒng)也產(chǎn)生雙折射為什么要測量 PMD 光纖/光纜生產(chǎn)中產(chǎn)生了PMD 光纜鋪設(shè)中影響了PMD 環(huán)境因素影響了PMD 光鏈路中的器件也會影響PMD對系統(tǒng)的影響 功率代價：峰值功率損耗( dB)誤碼率增加：高速系統(tǒng)（10G以上）容易產(chǎn)生誤碼，限制了光纖波長帶寬使用和光信號的傳輸距離；在CATV等模擬系統(tǒng)則引起信號失真信噪比下降 總之：隨機性很強偏振模色散和色度色散對系統(tǒng)性能具有相同的影響，即引

35、起脈沖展寬，從而限制傳輸速率。但偏振模色散比色度色散小幾個數(shù)量級，僅在高速率數(shù)據(jù)（）以上，才會導(dǎo)致脈沖展寬進(jìn)而影響信噪比PMD 對傳輸?shù)挠绊憯?shù)字傳輸系統(tǒng)的PMD指標(biāo)最大的 PMD 值保證 99.9954% 概率下脈沖展寬導(dǎo)致的功率代價為 1 dB.PMD=1/（10B）/KM（1/2）SONET-SDH系統(tǒng)速率 (Gbit/s) 2.5 10 40平均 PMD*(ps)4010 2.5PMD 系數(shù)（基于400km 光纖鏈路）ps/km20.5 0.125最大的 PMD 值保證 99.999987% 概率下脈沖展寬導(dǎo)致的功率代價為 of 1 dB10 GigE比特率 (Gbit/s) 10平均

36、PMD*(ps)50.25PMD 系數(shù) （基于400km 光纖鏈路）ps/km色散對傳輸帶寬的影響Dl比較小的時候，單模光纖帶寬：不同線寬下的系統(tǒng)色散所允許的帶寬與傳輸距離的關(guān)系0 nm：展寬遠(yuǎn)小于一個比特 時的光源線寬結(jié)論：1) 光源線寬越寬色散越嚴(yán)重2) 零色散光纖對提高系統(tǒng)性 能作用明顯減少措施補償改善環(huán)境:地埋比架空好改善光纖生產(chǎn)工藝改變調(diào)制碼型光纖分類標(biāo)準(zhǔn)市面上的光纖分類到底是按照什么標(biāo)準(zhǔn)呢？大的分類：按模式=多模、單模細(xì)的分類：按損耗+色散=幾十種76多模 衰減/公里色散/公里10020單模光纖發(fā)展史多模光纖：70-80年代，850第一窗口和1300第二窗口開發(fā)，低速、短距離G.6

37、52.A非色散位移：1982年，第二窗口1310和第三窗口1550G.653色散位移:1985年，第三窗口1550，損耗和色散都低，波分、四波混頻影響G.654截至波長位移：1988年，1550損耗很小，海底光纜很超長干線用G.655非零色散位移：1995年，第三/四窗口， 1550損耗小、無四波混頻、DWDM用；分A/B兩種（粗級波分/密集波分），1530-1625波段G.652.C全波無水峰：2000年，1383無水峰，第五窗口;城域網(wǎng)CWDM使用很經(jīng)濟G.652.B非色散位移：2000年，652細(xì)分為A和B，改善G.652.A的宏彎損耗、吸收損耗和PMD值就是G.652.B,用于高速率1

38、0G傳輸G.652D非色散位移：除了抗彎曲外，其它和G.652C相同G.656非零色散位移：1460-1625波段，帶寬大于G.655光纖，可增加40個通道G.657彎曲不敏感：2006年，分G.657.A1、G.657.A2、G.657.B2和G.657.B3DCF色散補償：1550波段第三窗口，分DCF1/2/3三種DSCF色散斜率補償：與655和653光纖一起工作， 15301580nm色散幾乎完全平坦反色散光纖(RDF)：DCF+DSCF功能使用情況：G.653/654/656基本不用，G.655少量使用， G.652D大量使用，G.657應(yīng)不不斷增長7778多模光纖類型 3-4DB/

39、KM0.5DB/KMG.651光纖（多模光纖），工作波長850或1300,分A1/A2/A3/A4，每一類又細(xì)分為a/b/c/d四種類型最新分類為：OM1/OM2/OM3/OM4我國用A1a(即50um)多模光纖，不用62.5um多模光纖多模光纖損耗圖類型折射率分布纖芯直徑(um)包層直徑(um)材料、應(yīng)用A1a（OM2/3/4)漸變折射率50125二氧化硅/數(shù)據(jù)、局域網(wǎng)A1b(OM1歐美）漸變折射率62.5125二氧化硅/數(shù)據(jù)、局域網(wǎng)A1c漸變折射率85125二氧化硅/局域網(wǎng)傳感器A1d漸變折射率100140二氧化硅/樓宇布線、傳感器A2a階躍折射率100140二氧化硅/樓宇布線、傳感器A2

40、b階躍折射率200240二氧化硅/樓宇布線、傳感器A2c階躍折射率200280二氧化硅/樓宇布線、傳感器A3a階躍折射率200300二氧化硅芯塑料包層A3b階躍折射率200380二氧化硅芯塑料包層A3c階躍折射率200430二氧化硅芯塑料包層A4a階躍折射率980-9901000塑料A4b階躍折射率730-740750塑料A4c階躍折射率480-490500塑料79多模光纖類型 多模光纖最新分為：OM1到OM4OM1(62.5UM)早期低速時代，百兆級，千兆以上很少用；850/1300，LED光源OM2(50UM)高速率，芯徑小些帶寬高，可達(dá)千兆級；850/1300，LED光源；廣泛使用OM3

41、(50UM)新一代光纖，萬兆，850，VCSEL光源；廣泛使用OM4(50UM)改進(jìn)型的OM3，速率更高萬兆（500米）、40/100G（100/150米），850，VCSEL光源；少用OM2/3/4也分為一般光纖和彎曲不敏感光纖（在光纖制造工藝測試指標(biāo)會講到） OM1OM2OM3OM4滿注入850nm帶寬MHz/km20070015003500滿注入1300nm帶寬MHz/km500500500500激光注入：有效模式帶寬95020004700千兆傳輸距離M7501000110010G傳輸距離/100G傳輸距離M100150多模光纖特點多模光纖：光纖中傳輸光有很多傳

42、播路徑 “模式”優(yōu)點：纖芯大（耦合更多光功率），易熔接，短距傳輸成本（廉價光源、耦合器、接線器）缺點：帶寬窄、色散和衰減大。只適用于短距離，小容量傳輸應(yīng)用80單模光纖分類G652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，也分A,B,C,D,四種型號G653色散位移光纖，優(yōu)化工作波長1550，降低衰減G654低損耗（衰減最小）光纖，超長距離傳輸，如海底光纜 G655非零色散光纖，主要用于波分復(fù)用系統(tǒng)；又叫真波光纖、SMF-LS和大有效面積光纖G656非零色散光纖，提供更寬帶寬帶傳輸G657彎曲不敏感光纖，也分幾種；主要用于光纖到戶，及小彎曲半徑條件使用DCF色散補償：1550波段第三窗口，分DCF1/2/3三種DSCF色散

43、斜率補償：與655和653光纖一起工作， 15301560nm和15501580nm波段的色散幾乎完全平坦反色散光纖(RDF)：DCF+DSCF功能81衰減/公里色散/公里1002082G.652標(biāo)準(zhǔn)光纖（非色散位移光纖）G.652A：1310色散小損耗大，1550色散大損耗小，PMD大，2.5G速率以下、中短距離G.652B：G.652改進(jìn)型，損耗系數(shù)減小，PMD降低很多，支持10G/40G傳輸、中短距離G.652C：基本同G.652A，消除了1380nm附近的OH水吸收峰，開通第五窗口，可工作在1360nm1530nm，增加了100多信道，在城域網(wǎng)上經(jīng)濟實用，現(xiàn)大量使用G.652D：集合G

44、.652B與G.652C優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊，現(xiàn)在大量使用G.652A/BG.652C/D83G.653（色散位移光纖）G.653：顧名思義零色散從1310位置移到1550， 比G.652衰減和色散都低了很多，且與放大器波長適配，不用色散補償即可開通10G以上的高速率，適用于長距離、高速率單通道系統(tǒng)。 在1550零色散處會引起通道間四波混頻，不適合波分多通道 主要是日本生產(chǎn)和使用，我國京廣線G653光纜曾開通失敗，國內(nèi)棄用G.652A/BG.652C/DG.65384G.654（截至波長位移光纖）G.654：圖形基本同G.652光纖（截至波長在1260處），但截止波長移到1530處，即小于153

45、0波長時工作在多模狀態(tài)，所以1550性能最佳 且在1550處的損耗值減少了很多0.18左右 抗彎曲性能也不錯 主要應(yīng)用海底光纜和超長距離 缺點：價格昂貴，很少使用G.652A/BG.652C/DG.653G.65485G.655（非零色散位移光纖）G.655：為了避免1550處的四波混頻非線性現(xiàn)象，在1550處有一定量的色散值（即把G.653上下偏移一點即可），這樣可以應(yīng)用于10G以上的WDM和DWDM波分系統(tǒng) 因為G.655光纖最實用，所以各種技術(shù)層出不窮，現(xiàn)在大致分：A/B/C/D/E五種，使用廣的是A/B/C前三類；主要區(qū)別是根據(jù)工作窗口不同（第三、第四窗口）、PMD值不同、通道數(shù)量、總

46、速率不同來分 G.655.A：200GHz通道間隔的波分使用； G.655.A：100GHz通道間隔的波分使用 G.655.C消除了零水峰影響的寬帶光纖，帶寬更寬、通道間隔更窄 市面主要有：LUCENT公司真波光纖、康寧公司SMF-LS光纖和大有效面積光纖等 G.652A/BG.652C/DG.653G.654G.655G.65486G.656（低斜率非零色散位移光纖）G.656：鑒于G.655的缺點，新研究的光纖。與G.655都是非零色散位移光纖， G.655工作在C+L（15301625nm）或SC（14601565nm）波段，而G.656工作在S+C+L波段，通道可增加40個，容量更大，

47、且模場直徑可增大，隨著通信速率的發(fā)展應(yīng)用前景很好；曲線斜率更低些，色散值更?。凰匀∶械托甭史橇闵⑽灰乒饫w 由于在1310和1600點色散為0，且斜率低，所以也叫色散平坦光纖G.652A/BG.652C/DG.653G.654G.655G.654G.65687G.657（彎曲不敏感光纖）G.657：起因：FTTH、接入網(wǎng)、室內(nèi)布線條件限制需求，抗彎曲、安裝簡單、技術(shù)要求低、室內(nèi)FTTH鋪設(shè)首選根據(jù)與G.652兼容性分為G.657A、G.657B兩大類又根據(jù)抗彎曲半徑分為1、2、3級，相對應(yīng)分類為：G.657A1/A2、G.657B2/B3,見下表G.652A/BG.652C/DG.653G

48、.654G.655G.657.A或BG.656ITU-TG.657A類（與G.652全兼容）B類（可與G.652不兼容）等級1（彎曲半徑10mm）G.657.A1-等級2（彎曲半徑7.5mm）G.657.A2G.657.B2等級3（彎曲半徑5mm）-G.657.B388色散補償光纖G.652A/BG.652C/DG.653G.654G.655G.657.A或BG.656色散補償光纖傳輸光纖010050100150200傳播長度總色散 (ps/kmnm)TXRX色散補償光纖在1300到1600之間色散值都是負(fù)的，可使整條鏈路總色散為0這么多光纖種類：主要是損耗、色散、波長范圍的組合變化而已，下面

49、舉色散變化方法：由于波導(dǎo)色散與光纖的幾何尺寸有關(guān)，可設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)來改變零色散波長0，例如可減小纖芯半徑和增加摻雜濃度，使0 移到光纖損耗最小的1550nm波長，這種光纖就是色散移位光纖改進(jìn)單模光纖結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計, 也可以獲得在1550nm具有負(fù)色散值大的色散補償光纖，還可以得到在1300nm和 1550nm兩個波長的色散都為零的色散平坦光纖。幾種單模光纖的結(jié)構(gòu)和折射率分布125mm包層G.654:Si2纖芯Si2纖芯+Ge2G.652:()0.4% (G.654)0.35%(G.652)(a)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖Si2OOOO125mmSi2包層Si2+Ge20.2%0.9%(b)色散位移光纖

50、O纖芯OO125mm(c)非零色散光纖3% (0-0.8)%(d)色散補償光纖衰減：dB/km(1310nm、1550nm、1625nm)色度色散：色散系數(shù)ps/(nmkm)零色散斜ps/(nm2km)零色散波長nm偏振模色散：PMD系數(shù)：光纖鏈路總PMD值光纖傳輸特性測試技術(shù)指標(biāo)衰減：EXFO各種OTDR和光眼色度色散：EXFO FTB-5800+FLS-5834AEXF0 FTB-5700單端CD測試儀（工程用）偏振模色散：注意測試長度不要小于1KMEXFO FTB-5500B+FLS-5834A或FLS-110EXFO FTB-5600分布式測試儀EXFO FTB-5700單端PMD測試

51、儀（工程用）光纖傳輸特性測試儀表光纖機械特性光纖制造工藝光纖機械特性技術(shù)指標(biāo)光纖機械特性測試儀表光纖制造工藝光纖制造關(guān)鍵過程流程圖沉積和制棒 拉絲和涂覆篩選性能測試 原料制備與提純測試和套管 包裝入庫 預(yù)制棒主要材料是（透明液體）：高純度的液態(tài)鹵化物化學(xué)試劑，如四氯化硅（SiCl4）, 四氯化鍺（GeCl4），三氯氧磷（POCl3）, 三氯化硼（BCl3）, 三氯化鋁（AlCl3）,溴化硼（BBr3），氣態(tài)的六氟化硫（SF6）,四氟化二碳(C2F4)等。常溫下呈無色的透明液體，有刺鼻氣味，易水解，在潮濕空氣中強烈發(fā)煙原材料制作：工業(yè)硅在高溫下氯化制得粗SiCl4，化學(xué)反應(yīng)如下：Si+2Cl2=SiCl4原料提純：由于原料純度應(yīng)達(dá)到99.9999。大部分鹵化物材料都達(dá)不到如此高的純度，必須對原料進(jìn)行提純處理。鹵化物試劑成熟的提純技術(shù)，如精餾法，吸附法，水解法，萃取法和絡(luò)合法等。廣泛采用的是“精餾吸附精餾”混合提純法輔助材料提純：摻雜劑和有助反應(yīng)的輔助試劑或氣體也需要提純沉積包層時，需摻入少量的低折射率的摻雜劑。如B2O3，F(xiàn)，SiF4等；沉積芯層時，需要摻雜少量的高折射率的摻雜劑，如GeO2、P2O5、TiO2、等載氣使用的輔