初识光纤及其连接器件(上篇).docx

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1、初识光纤及其连接器件(上篇) 随着需求的增长，人们对网络的带宽、传输速度提出了越来越高的要求，在企业中，急剧增加的业务量加快了万兆网络的普及；在家庭中，对高清楚度电视和高速宽带网络服务的需求，加速着三网融合。然而，网络布线中被大量采纳的铜缆，系统性能已经达到了极致，不能适应将来网络的要求。曾经是企业网络主干布线的光纤，由幕后走到了前台，光纤将取代铜缆成为下一代网络布线的主流，光纤到户(FTTH)、光纤到桌面(FTTD)已经成为不行逆转的趋势。下面笔者将网络中常用的光纤及光纤连接器、适配器、模块等连接器件进行简洁的介绍。 1光纤的构造 光纤的全名叫做光导纤维(OPTICAL FIBER)，目前运

2、用的光纤大多是石英光纤，它是用透亮度很高的石英玻璃，以特殊的工艺拉丝而成，直径比头发丝还要细。光纤呈圆柱形，它由纤芯、包层、涂覆层三部分组成，如图1： 1纤芯 纤芯位于光纤的中心部位(直径约550um)，它的成份主要是高纯度的二氧化硅，为了适当提高纤芯的光折射率，还掺有极少量的掺杂剂如二氧化锗，五氧化二磷等。 2包层 包层位于纤芯的四周(直径约125um)，其成份也是含有极少量掺杂剂(如三氧化二硼)的高纯度二氧化硅。掺杂剂的作用则是适当降低包层的光折射率，使之略低于纤芯的折射率。 3涂敷层 包层的外面是一层很薄的涂敷层(直径约1.5mm)，其材料一般是环氧树脂或硅橡胶，其作用是增加光纤的机械强

3、度与可弯曲性。 光在光纤中的传输是利用光的全反射原理。当光从折射率大的纤芯射入折射率小的包层时，假如入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光就会消逝，入射光全部被反射，这就是光的全反射。如图2： 2光纤的分类 光纤一般可根据光纤的制造结构、光纤的制造材料、光纤剖面折射率分布、光纤传输模式进行分类，其中最为人们熟知的就是根据光的传输模式进行分类。 所谓光的传输模式，就是当光以某一角度射入光纤端面，并能在光纤内形成全反射时，就可以称这个角度的光为一个光的传输模式。根据光的传输模式，光纤可以分为多模光纤和单模光纤。 尽管多模光纤和单模光纤的类别不同，但相同材料的单模光纤和多模光纤，可以传输的光波范围

4、是相同的，以石英光纤为例，它可以传输从近紫外到近红外的光(波长从380nm到2000nm)。虽然光纤可以传输的光波范围很宽，但光纤通信只是运用了波长范围为800nm1600nm的近红外光区，而且这种运用也只是分段运用。 在光纤工业发展早期，光纤的传输窗口只有用于多模光纤的两个(850nm波段和1300hm波段)，后来有了用于单模光纤的第三个传输窗口(1550hm波段)。随着光纤技术的不断进步，光纤可用的传输窗口不断增加，当前，在波长850nm至1675nm范围内，光纤可用的传输窗口已达6个(见表1)。 目前大部分的光纤通信系统中仅仅打开了一个窗口，但假如单模光纤可用窗口较多的话，利用波分复用技

5、术(MDM)，就可以在一条光纤上进行多波长的光信号同时传输，实现超高速率的传输效果，这样可以最大限度的发挥单模光纤的潜力。 1多模光纤 MMF(Multi Mode Fiber)，光纤的纤芯较粗，纤芯直径一般在50一101um之间，包层外直径125um。能传输多个模式的光，但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随传输距离的增加会更加严峻。因此，多模光纤传输的距离通常比较近。多模光纤的工作波长通常是：800nm和1300nm。 多模光纤多用于传输速率相对较低，传输距离相对较近的网络中，如数据中心内的设备之间的互联以及小型局域网的主干等，这类网络中通常具有节点多，接头多，弯路多，而且

6、连接器、耦合器的用量大等特点。多模光纤一般采纳LED(发光二级管)和低价格的VCSEL(垂直腔面放射激光器)作为光源，配套的光器件成本低，运用多模光纤可以有效的降低网络成本。 依据ISOIEC 11801定义的光纤标准，将多模光纤分为OMl、OM2、OM3和OM4四类。 OMl指传统的62.5125um光纤，其纤芯为62.5um，包层外直径125um；由于早期的局域网速率较低，对光纤带宽的要求不高，再加上OMl光纤的芯径和数值孔径较大，集光实力和抗弯曲特性都很强，因而使这种光纤获得了最广泛的应用。通常OMl光纤工作于850nm波长的带宽为200mHzkm，在1Gbs的速率下，可传输275 m，

7、在10Gbs的速率下，基于10GBASE-SR标准可传输33 m。 OM2指传统的sousum光纤，其纤芯为50um，包层外直径125um；与OM1光纤相比，OM2光纤数值孔径和芯径较小，制作成本也低，带宽比OM1光纤太。在850nm波长，OM2光纤的带宽达到了500mHzkm，在1Gbs的速率下，可传输550m，在10Gbs的速率下，基于10GBASE-SR标准可传输82m。 OM3指激光优化的50125um光纤，其纤芯为50um，包层外直径125um。该光纤经850nm波长激光优化，运用工作于850nm的低价格VCSEL，可以支持10Gbs数据速率。基于10GBASE-SR标准，可传输30

8、0m。在40Gbs和101Gbs速率下，传输距离能达到101m。 OM4是2022年8月通过的新标准，也是50125um光纤，其纤芯为50um，包层外直径125um。它仍利用850nm的VCSEL激光器技术，供应比OM3更大带宽、传输更长的距离、连接更多的设备器或能协作更高速率的产品。事实上可以看作是OM3光纤的升级版。它支持10Gb，g数据速率，基于10GBASE-SR标准，可传输550m。在40Gbs和101Gbg速率下，传输距离能达到125m。 在运用多模光纤进行布线时建议选择OM3光纤，一是从网络速率的发展趋势来看，企业万兆骨千千兆桌面的时代已经来临，预料将来几年万兆到桌面，以OM3光

9、纤万兆300m的传输距离，足以满意将来的须要；二是从市场及成本的角度看，OM3光纤标准出台多年，光纤的加工工艺成熟，可霏性已经得到认可，价格也已合理。 2单模光纤 单模光纤SMF(Single Mode Fiber)，光纤的纤芯很细，纤芯直径只有810um，仅能传输一种模式的光，只有与光纤轴平行的光(称为基模)可以传输，所以称为单模光纤。 由于单模光纤只传输一种模式的光，所以在单模光纤中就可以避开多模光纤的模间色散，信号畸变与衰减很小，故 能把光以很宽的频带传输很长距离。 单模光纤多用于传输距离长，传输速率相对较高的线路中，如长途干线传输，城域网建设等。当多模光纤无法满意距离要求时，也可用单模

10、解决方案作为替代。由于单模光纤芯径太小，较难限制光束传输，故须要极为昂贵的激光(LD)作为光源。 单模光纤的标准主要是ITUT(国际电信联盟)系列： (1)G.652单模光纤 G.652光纤是世界上最普遍的单模光纤。G.652类光纤进一步地分了G.652A、G.652B、G.652C、G.652D四个子类。 G.652AB非色散位移单模光纤OS1单模： 常规单模光纤，可用波长段在1310nm和1550nm窗口旁边，中间段不能用，最佳工作波长为1310nm，适用于10Gbs以下中距离传输。假如在1550nm波段进行长距离传输，须要进行色散补偿。 G.652CD一波长段扩展的非色散单模光纤OS2单

11、模(低水峰单模光纤)： 采纳新的制造技术，尽可能消退OH根离子1383nm旁边处的“水汲取峰”，在12601625nm的全部波长范围内都可以用于光通信；拓展了单模光纤的工作波长范围，从1260nm到1625nm波长都可以运用。这种光纤比一般光纤增加了60的可用带宽，为采纳粗波分复用系统(cWDM)供应了波长空间。 (2)G.653单模光纤 G.653单模光纤又称色散位移光纤。为了充分利用光纤在1550nm波特长的低衰减并克服大的色散，在光纤剖面结构和制造工艺上实行了一些技术措施后，G.653光纤把1310nm处的零色散移到了1550nm处，使低衰减和零色散同时出现在1550nm处。色散位移光纤

12、适用于单信道通信系统，在进行长距离单信道高速通信时，甚至不须要实行任何色散补偿措施，但在进行波分复用传输时，在1550nm波特长产生了四波混频现象，使波分复用无法正常进行，因此G.653光纤并没有得到广泛推广。 (3)G.654单模光纤 G.654单模光纤又称为截止波长位移光纤。通过在光纤剖面结构和制造工艺上实行了一些技术措施后。把截止波长靠近1550nm，在1550nm波特长获得了极低衰减和极好的弯曲性能，可在400km的范围内无需转发器传输。G.654类光纤价格较高，主要用于传输距离很长且不能插入有源器件对衰减要求特殊高的无中继海底光缆通信系统。G.654光纤分成G.654A、G.654B

13、、G.654C，共3个子类。 (4)G.655单模光纤 G.655单模光纤又称非零色散位移光纤，它是特地为新一代光放大密集波分复用传输系统设计和制造的新型光纤。同G.653光纤一样，G.655光纤也是一种色散位移光纤，只是G.655光纤在1550nm处有合理的、较低的色散，而不是零色散，这样能够降低四波混频和交叉相位调制等非线性影响，同时能够支持长距离传输，而尽量削减色散补偿。最新的标准将G.655光纤分成G.655A、G.655B、G.655C，共3个子类。 (5)G.656单模光纤 G.656光纤仍旧属于非零色散光纤，是建立在之前的G.655规范基础上的，它供应更宽的工作窗口：1460-1

14、625nm的波长，可以扩展以密集波分复用系统(DWDM)的可用波长范围。而且G.656光纤的色散、损耗等参数都比较适中，在部署粗波分复用系统CWDM系统的时候也无需考虑色散补偿。 (6)G.657单模光纤 G.657单模光纤又称耐弯光纤，是ITU-T光纤系列中的最新成员。G.657光纤标准的一个显著特点是“抗弯曲性”，光纤的弯曲半径可达5-t0毫米，布线时可以很轻松地沿着建筑的拐角进行，因此采纳符合G.657标准的光纤将削减施工难度，降价维护成本；G.657光纤标准的另一个特点是“是否与G.652D相兼容”，G.657标准分了A和B两个大类，A大类与G.652D光纤能够完全兼容运用，而B大类在

15、部分指标上并不要求与G.652D光纤兼容，允许更小的模场直径(MFD)、更大的衰减系数和不同的光纤结构等。 G.657标准将A和B两个大类进行了细分，分为A1，A2，B2，B3。它们最大的区分是最小弯曲半径，A1的最小弯曲半径为10mm，A2与B2的最小弯曲半径为7.5mm，B3的最小弯曲半径为5mm。 以上简洁地介绍了单、多模光纤的几何尺寸特性与光纤芯结构差异，尽管多模光纤无法达到单模光纤的传输距离，但与它协作运用的收发器的成本却较单模光纤低许多。在一个光纤网络的总体成本中，光纤的成本是最低的，而光收发器是除交换设备以外最昂贵的部分，所以当我们比较单、多模光纤方案的性价比时，应从传输距离的角

16、度、前瞻性的角度、造价的角度、应用的角度综合考虑。表2列出了常见的千兆和万兆以太网标准与各类光纤搭配的参考值。 3单模与多模光纤的辨别方法 1外套颜色 单模光纤通常为黄色，多模光纤(OM1、OM2)通常为橙色，多模光纤(OM3、OM4)通常为浅绿色。 2外套标识 多模光纤：50125或62.5125，有可能标有MMF。 单模光纤：s12s或9125或10125，有可能标有SMF。 以上只是介绍了市场和工程中常见的光纤，对于一些特别用途的专用光纤并未提及。此外，由于光纤标准多，标准更新也很快，各厂家遵守的标准又不统一，导致市场上的光纤标识混乱。因此，在实际运用过程中除了看厂家的标识以外，还要实际测试一下，尽可能选择名牌大厂的光纤产品。因笔者水平所限，不当之处请专家指正。 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页