單模光纖
單模光纖是只有一股(大多數(shù)應用中為兩股)玻璃光纖的光纖,纖芯直徑為8.3μm~10μm,只有一種傳輸模式。由于芯徑相對較窄,單模光纖只能傳輸波長為1310nm或1550nm的光信號。單模光纖的帶寬比多模光纖高,但是對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求,即譜寬要窄,穩(wěn)定性要好。
單模光纖主要用在多頻數(shù)據(jù)傳輸應用中,例如,波分多路復用(WDM,Wave-Division-Multiplexing)系統(tǒng)中經(jīng)過復用的光信號只需要用一根單模光纖就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
單模光纖的傳輸速率比多模光纖要高,而且傳輸距離也比多模光纖要高出50倍不止,因此,其價格也高于多模光纖。與多模光纖相比,單模光纖的芯徑要小得多,小芯徑和單模傳輸?shù)奶攸c使得在單模光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌粫驗楣饷}沖重疊而失真。在所有光纖種類中,單模光纖的信號衰減率最低,傳輸速度最大。
多模光纖
多模光纖是另一種常見的光纖類型,纖芯直徑為50μm~100μm,它可以在給定的工作波長上傳輸多種模式。相對于雙絞線,多模光纖能夠支持較長的傳輸距離,在10mbps及100mbps的以太網(wǎng)中,多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離。常見多模光纖的芯徑為50μm、62.5μm和100μm。由于多模光纖中傳輸?shù)哪J蕉噙_數(shù)百個,各個模式的傳播常數(shù)和群速率不同,使光纖的帶寬窄,色散大,損耗也大,只適于中短距離和小容量的光纖通信系統(tǒng)。
光纖的種類
階躍型:階躍型光纖是一種多模光纖,其芯徑達到了100μm。階躍型是指光纖的折射率的分布方式,纖芯和包層的折射率都是均勻分布,而它們之間有一個折射率差,纖芯折射率大于包層折射率,在纖芯和包層邊界有一個臺階,所以稱之為階躍型光纖。在多模階躍折射率光纖中,滿足全反射,單入射角不同的光線的傳輸路徑是不同的,結(jié)果使不同的光線所攜帶的能量到達終端的時間不同,從而產(chǎn)生了脈沖展寬,這就限制了光纖的傳輸容量。這種光纖比較適合短距離傳輸應用。
漸變型: 漸變型光纖的纖芯折射率是不均勻的,按一定規(guī)律連續(xù)變化的。折射率在光纖軸心處最大,隨著纖芯半徑r的值增大而逐漸減小。在漸變型光纖中,光線傳輸?shù)能壽E近似于正弦波,這能減少模間色散,提高光纖帶寬,增加傳輸距離,但成本較高,多模光纖多為漸變型光纖。
單模:單模光纖的芯徑較小,纖芯和包層的折射率變化比多模光纖要小。光線在單模光纖中研直線傳播,不發(fā)生折射,因此,幾乎不會發(fā)生色散。
纖芯/包層直徑
區(qū)分不同光纖的主要方法之一是查看纖芯的直徑和包層的直徑,而且行業(yè)內(nèi)也對此制定了行業(yè)標準,這些行業(yè)標準在給光纖接續(xù)連接器和接頭以及接續(xù)工具的選擇上起到了重要作用。
大多數(shù)光纖的標準包層直徑是125um,標準外保護層直徑是245um。多模光纖的芯徑一般為50um或62.5um,標準單模光纖的芯徑是8um-10um。
纖芯和包層的直徑在光纖光纜的規(guī)格中扮演重要角色,例如,我們通常稱纖芯直徑為50um、包層直徑為125um的多模光纖為50/125光纖。
光纖的命名
目前為止,綜合布線標準中規(guī)定了6個不同名稱的光纖:OM1、OM2、OM3、OS1和OS2(用于工業(yè)大樓的綜合布線)。此外,OM4光纖也在2005進入商用市場,是OM3光纖的優(yōu)化產(chǎn)品。OM1、OM2、OM3、OS1和OS2光纖的命名與其各自的傳輸性能有關。
62.5/125μm(OM1)光纖是二十世紀八九十年代最受歡迎的多模光纖,到了二十一世紀早期, 它已經(jīng)成為應用最普遍的多模光纖,但是,與其他多模光纖相比,62.5/125μm(OM1)光纖的速率傳輸速率最低,傳輸距離也最短,62.5/125μm(OM1)光纖的性能在此時已經(jīng)達到了頂點。
50/125μm光纖有三種:OM2、OM3和OM4。需要注意的是,OM3光纖通常僅僅是指用在10G傳輸中的多模光纖,因為OM3是專為10G應用設計,是10G應用的最佳多模光纖解決方案。50/125μm光纖提供的帶寬是62.5/125μm提供帶寬的10倍。
OM3光纖VS OM4光纖
OM3是第一個激光優(yōu)化的多模光纖標準。OM3多模光纖技術使得激光傳輸系統(tǒng)首次在沒有使用模式調(diào)節(jié)線纜的情況下使用了多模光纖。OM3光纖和新型低成本的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)一起使用實現(xiàn)了10G傳輸。
OM4光纖從2005年開始進入商用市場,是OM3光纖的優(yōu)化產(chǎn)品。OM4光纖與OM3光纖完全兼容,而且都使用的是淺綠色的外護套。與OM3光纖一樣,OM4也是與VCSEL配套工作而設計的光纖,不同的是,OM4在10G傳輸中的傳輸距離更長,達到了550m(OM3在相同條件下的傳輸距離為300m)。
此外,OM4光纖的有效模帶寬為4700MHz.km,是OM3的2倍不止(OM3的有效模帶寬為2000MHz.km)。
OM3光纖的傳輸速率為10GB/s-100GB/s,未來仍會在大多數(shù)應用中廣泛使用。盡管如此,OM4光纖在傳輸距離和成本控制上具有更大的優(yōu)勢。
多模光纖光纜的規(guī)格
與單模光纖(OS1/OS2)一起使用的光器件比較昂貴,因此,單模光纖通常用在長距離傳輸應用中。而基于實際需求,大多數(shù)局域網(wǎng)中都使用的是多模光纖光纜。
光纖的衰減
與其他種類的線纜相比,盡管光纖光纜具有卓越的性能,但是,光纖傳輸仍然會產(chǎn)生一定的損耗,這些損耗主要是由以下因素產(chǎn)生:
因雜質(zhì)產(chǎn)生的損耗:光纖內(nèi)部不可避免地會有其他雜質(zhì),而這些雜質(zhì)會吸收部分光信號。水是光纖內(nèi)部的主要雜質(zhì)之一。
因包層產(chǎn)生的損耗: 當光信號在包層和纖芯之間反射傳輸時,事實上會有一部分光信號射入到纖芯內(nèi)部,而這個過程會造成光信號損耗。這種損耗構成了光信號整體損耗的主要部分。
因波長產(chǎn)生的損耗:研究表明,光信號的損耗程度還和波長有關,事實上,當光信號以某些波長進行傳輸時,損耗會增加。
盡管用光纖進行信號傳輸會產(chǎn)生損耗,光信號在單模光纖中仍然可以傳輸相當遠的距離。沒有光纖放大器的作用,光信號可以以50Gbp/s的速率傳輸100m。
光纖的原材料
光纖的原材料主要有2種:玻璃和塑料。玻璃光纖和塑料光纖的特點各不相同,因此其應用范圍也大不相同。
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