單模光纖

"單模光纖" 在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的解釋?zhuān)阂话鉽小于2.405時(shí),光纖中 就只有一個(gè)波峰通過(guò),故稱(chēng)為單模光纖,它的芯子很細(xì),約為8一10微米,模式色散很小.影響光纖傳輸帶寬度的主要因素是各種色散,而以模式色散最為重要,單模光纖的色散小,故能把光以很寬的頻帶傳輸很長(zhǎng)距離。

單模光纖具備10 micron的芯直徑，可容許單模光束傳輸，可減除頻寬及振模色散(Modal dispersion)的限制，但由于單模光纖芯徑太小，較難控制光束傳輸，故需要極為昂貴的激光作為光源體，而單模光纜的主要限制在于材料色散(Material dispersion)，單模光纜主要利用激光才能獲得高頻寬，而由于LED會(huì)發(fā)放大量不同頻寬的光源，所以材料色散要求非常重要。

單模光纖相比于多模光纖可支持更長(zhǎng)傳輸距離，在100Mbps的以太網(wǎng)以至1G千兆網(wǎng)，單模光纖都可支持超過(guò)5000m的傳輸距離。

從成本角度考慮，由于光端機(jī)非常昂貴，故采用單模光纖的成本會(huì)比多模光纖電纜的成本高。

單模光纖（SingleModeFiber, SMF）

折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有8~10 μm，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式（兩個(gè)偏振態(tài)簡(jiǎn)并），所以稱(chēng)為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。

滿足ITU-T.G.652要求的單模光纖，常稱(chēng)為非色散位移光纖，其零色散位于1.3um窗口低損耗區(qū)，工作波長(zhǎng)為1310nm（損耗為0.36dB/km）。我國(guó)已敷設(shè)的光纖光纜絕大多數(shù) 是這類(lèi)光纖。隨著光纖光纜工業(yè)和半導(dǎo)體激光技術(shù)的成功推進(jìn)，光纖線路的工作波長(zhǎng)可轉(zhuǎn)移到更低損耗（0.22dB/km）的1550nm光纖窗口。

滿足ITU-T.G.653要求的單模光纖，常稱(chēng)色散位移光纖（DSF=Dispersion Shifled Fiber），其零色散波長(zhǎng)移位到損耗極低的1550nm處。這種光纖在有些國(guó)家，特別在日本被推廣使用，我國(guó)京九干線上也有所采納。美國(guó)AT&T早期發(fā)現(xiàn)DSF的嚴(yán)重不足，在1550nm附近低色散區(qū)存在有害的四波混頻等光纖非線性效應(yīng)，阻礙光纖放大器在1550nm窗口的應(yīng)用。但在日本，將色散補(bǔ)償技術(shù)*用于G.653單模光纖線路，仍可解決問(wèn)題，而且未見(jiàn)有日本的G.655光纖，似屬個(gè)謎。

滿足ITU-T.G.655要求的單模光纖，常稱(chēng)非零色散位移光纖或NZDSF（=NonZero Dispersion Shifted Fiber）。屬于色散位移光纖，不過(guò)在1550nm處色散不是零值（按ITU-T.G.655規(guī)定，在波長(zhǎng)1530-1565nm范圍對(duì)應(yīng)的色散值為0.1-6.0ps/nm*km），用以平衡四波混頻等非線性效應(yīng)。商品光纖有如AT&T的TrueWave光纖，Corning的SMF-LS光纖（其零色散波長(zhǎng)典型值為1567.5nm，零色散典型值為0.07ps/nm2*km）以及Corning的LEAF光纖。我國(guó)的"大寶實(shí)"光纖等。

這些都是ITU給光纖規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)種類(lèi)：

G.651是多模光纖。

G.652是常規(guī)單模光纖，零色散點(diǎn)在1300nm，此點(diǎn)色散最小；同時(shí)根據(jù)PMD又分為G. 652A、B、C、D四種。

G. 653是色散位移光纖（DSF），以1550nm為零色散點(diǎn)，原理是通過(guò)波導(dǎo)色散進(jìn)行色散平移，使低損耗與零色散在同一工作波長(zhǎng)上。但同時(shí)零色散不利于多信道WDM傳輸，因?yàn)楫?dāng)復(fù)用的信道數(shù)較多時(shí)，信道間距較小，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一種稱(chēng)為四波混頻（FWM）的非線性光學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)使兩個(gè)或三個(gè)傳輸波長(zhǎng)混合，產(chǎn)生新的、有害的頻率分量，導(dǎo)致信道間發(fā)生串?dāng)_。如果光纖線路的色散為零，F(xiàn)WM的干擾就會(huì)十分嚴(yán)重；如果有微量色散，F(xiàn)WM干擾反而會(huì)減小，針對(duì)這一現(xiàn)像，科學(xué)家們研制了一種新型光纖，NZ-DSF。

G. 654光纖是超低損耗光纖，主要用于跨洋光纜，其纖芯是純二氧化硅，而普通的光纖纖芯要摻鍺。在1550nm附近的損耗最小，僅為0.185dB/km，但在此區(qū)域色散比較大，約17～20 ps/〔nm*km〕，在1300nm波長(zhǎng)區(qū)域色散則為零。

G. 655光纖是非零色散位移光纖（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特點(diǎn)是1550nm的色散接近零，但不是零。是一種改進(jìn)的色散位移光纖，以抑制四波混頻。

G. 656光纖是未來(lái)導(dǎo)向光纖，G656的工作波長(zhǎng)明顯增大，包括S，C和L波段（1460到1625nm）。

G.657光纖，國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T于2006年12月發(fā)布了《接入網(wǎng)用彎曲損耗不敏感單模光纖和光纜的特性》的標(biāo)準(zhǔn)建議，即G.657光纖標(biāo)準(zhǔn)。G.657光纖劃分成了A大類(lèi)和B大類(lèi)光纖，同時(shí)按照最小可彎曲半徑的原則，將彎曲等級(jí)分為1，2，3三個(gè)等級(jí)，其中1對(duì)應(yīng)10mm最小彎曲半徑，2對(duì)應(yīng)7.5mm最小彎曲半徑，3對(duì)應(yīng)5mm最小彎曲半徑。結(jié)合這兩個(gè)原則，將G.657光纖分為了四個(gè)子類(lèi)，G.657.A1、G.657.A2、G.657.B2和G.657.B3。

從表中參數(shù)可以看出，兩種光纖的衰減系數(shù)并沒(méi)有太大差異，G.652 光纖的色散系數(shù)在1550nm 波長(zhǎng)為18ps/nm*km，當(dāng)傳輸10Gb/s 的TDM 和WDM 系統(tǒng)時(shí)，為了增加中繼距離，需要介入具有負(fù)色散系數(shù)的光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償。G.655 光纖1530-1560nm 波長(zhǎng)區(qū)色散通常為1.0-6ps/nm*km，傳輸相同的10Gb/s 系統(tǒng)時(shí)，因色散很低，勿需采取色散補(bǔ)償措施;但G.655 光纖因在1550nm 處色散較小,其非線性效應(yīng)比G.652 光纖大；G.652與G.655 光纖的PMD 建議指標(biāo)相同，實(shí)際測(cè)試時(shí)，G.655 光纖 PMD 指標(biāo)小于G.652光纖。目前G.655 光纖的價(jià)格較高，其市場(chǎng)價(jià)格約為G.652光纖的1 倍。兩種光纖的工程應(yīng)用列于下表。

表中比較表明，對(duì)于傳輸2.5Gb/s 的TDM 和WDM 系統(tǒng)，兩種光纖均能滿足。對(duì)于傳輸10Gb/s 的TDM 和WDM 系統(tǒng)時(shí)，G.652 光纖需采取色散補(bǔ)償措施，并需要對(duì)已敷設(shè)的光纜進(jìn)行PMD 測(cè)試，在滿足要求的前提下，才可開(kāi)通基于10Gb/s 的傳輸系統(tǒng)。G.655 光纖不需頻繁采取色散補(bǔ)償措施，但光纖價(jià)格偏高。

1980年，國(guó)際上，包括中國(guó)學(xué)者都在討論單模光纖與多模光纖到底哪種更好時(shí)，上海科技大學(xué)黃宏嘉院士認(rèn)識(shí)到長(zhǎng)波長(zhǎng)單模光纖具有損耗低、色散小等優(yōu)點(diǎn)，是遠(yuǎn)距離大容量通信系統(tǒng) 的理想介質(zhì)。以黃宏嘉院士為首的研究小組于1979年提出開(kāi)展單模光纖研究的建議。該建議得到了上海市科委的支持，并將“單模光纖研究”列為上海市重點(diǎn)科研項(xiàng)目。 至1982年5月進(jìn)行了研究工作的第二階段。以上?？拼笈c上海石英玻璃廠協(xié)作，得到了電子23所的支持和合作。于1982年5月由上海市科委主持了由中國(guó)9個(gè)單位24名專(zhuān)家參加的鑒定工作。鑒定委員會(huì)認(rèn)為，“此次單模光纖科研工作是基礎(chǔ)性和開(kāi)拓性的，不僅填補(bǔ)了中國(guó)在這個(gè)重要研究領(lǐng)域的空白，而且是以較快的速度趕上國(guó)際水平。”

①衰耗系數(shù)a：其規(guī)定與物理含義與多模光纖完全相同，在此不多敘述。

②色散系數(shù)D(λ)：我們已經(jīng)知道，光纖的色散可以分為三大部分即模式色散、材料色散與波導(dǎo)色散。而對(duì)于單模光纖而言，由于實(shí)現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問(wèn)題，故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導(dǎo)色散（統(tǒng)稱(chēng)模內(nèi)色散）。綜合考慮單模光纖的材料色散與波導(dǎo)色散，統(tǒng)稱(chēng)色散系數(shù)。色散系數(shù)可以這樣理解：每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值。因此，L公里光纖由色散引起的脈沖展寬值為：σ=δλ·D（λ）·L（2.17）其中：δλ為光源譜寬σ為根均方展寬值色散系數(shù)越小越好。光纖的色散系數(shù)越小，就意味著其帶寬系數(shù)越大即傳輸容量越大。例如CCITT建議在波長(zhǎng)1.31微米處單模光纖的色散系數(shù)應(yīng)小于3.5ps/km.nm。經(jīng)過(guò)計(jì)算，其帶寬系數(shù)在25000MHz·km以上，是多模光纖的60多倍（多模光纖的帶寬系數(shù)一般在1000MHz·km以下）。

③模場(chǎng)直徑d：模場(chǎng)直徑表征單模光纖集中光能量的程度。由于單模光纖中只有基模在進(jìn)行傳輸，因此粗略地講，模場(chǎng)直徑就是在單模光纖的接收端面上基模光斑的直徑（實(shí)際上基模光斑并沒(méi)有明顯的邊界）?？梢詷O其粗略地認(rèn)為（很不嚴(yán)格的說(shuō)法），模場(chǎng)直徑d和單模光纖的纖芯直徑相近。

④截止波長(zhǎng)λc：我們知道，當(dāng)光纖的歸一化頻率V小于其歸一化截止頻率Vc時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)單模傳輸，即在光纖中僅有基模在傳輸，其余的高次模全部截止。也就是說(shuō)，除了光纖的參量如纖芯半徑，數(shù)值孔徑必須滿足一定條件外，要實(shí)現(xiàn)單模傳輸還必須使光波波長(zhǎng)大于某個(gè)數(shù)值，即λ≥λc，這個(gè)數(shù)值就叫做單模光纖的截止波長(zhǎng)。因此，截止波長(zhǎng)λc的含義是，能使光纖實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)淖钚」ぷ鞴獠úㄩL(zhǎng)。也就是說(shuō)，盡管其它條件皆滿足，但如果光波波長(zhǎng)不大于單模光纖的截止波長(zhǎng)，仍不可能實(shí)現(xiàn)單模傳輸。

5、回?fù)p---ReturnLoss：反射損耗又稱(chēng)為回波損耗，它是指出光端，后向反射光相對(duì)輸入光的比率的分貝數(shù)，回波損耗愈大愈好，以減少反射光對(duì)光源和系統(tǒng)的影響。

單模傳輸設(shè)備所采用的光器件是LD，通常按波長(zhǎng)可分為1310nm和1550nm兩個(gè)波長(zhǎng)，按輸出功率可分為普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反饋光器件）。單模光纖傳輸所用的光纖最普遍的是G.652，其線徑為9微米。

1310nm波長(zhǎng)的光在G.652光纖上傳輸時(shí)，決定其傳輸距離限制的是衰減因數(shù)；因?yàn)樵?310nm波長(zhǎng)下，光纖的材料色散與結(jié)構(gòu)色散相互抵消總的色散為0，在1310nm波長(zhǎng)上有微小振幅的光信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶傳輸。

1550nm波長(zhǎng)的光在G.652光纖上傳輸時(shí)衰減因數(shù)很小，單純從衰減因數(shù)考慮，1550nm波長(zhǎng)的光在相同的光功率下傳輸?shù)木嚯x大于1310nm波長(zhǎng)的光下的傳輸?shù)木嚯x，但是實(shí)際情況并非如此，單模光纖帶寬B與色散因數(shù)D的關(guān)系為：B=132.5/（Dl*D*L）GHz

其中L為光纖的長(zhǎng)度，Dl為譜線寬度，對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光，其色散因數(shù)如表3為20ps/(nm.km)，假設(shè)其光譜寬度等于1nm，傳輸距離為L(zhǎng)=50公里，則有：B=132.5/（D*L）GHz=132.5MHz

由于現(xiàn)在的光纖多采用塑料做纖芯。成本已經(jīng)很低了。例如市場(chǎng)上出售的四芯單模光纖就只有2～3元/米

而單模/多模光纖收發(fā)器的價(jià)格也在300～500之間。所以它的應(yīng)用成本很低。，

過(guò)去我們?cè)诮ㄔO(shè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的傳統(tǒng)觀念是局域網(wǎng)只用雙絞線，只有高速連接互聯(lián)網(wǎng)時(shí)才用到光纖，有些企業(yè)或是廠礦局域網(wǎng)的范圍很大，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求更高，在這里我們就建議使用光纖了，使用光纖的成本不比使用達(dá)標(biāo)的超五類(lèi)雙絞線高多少。而且不必?fù)?dān)心雷擊，不用考慮局域網(wǎng)的有效距離，大家可以在以后的工作中參考使用。

相關(guān)閱讀：《光纖連網(wǎng)離你不遠(yuǎn),實(shí)例講解光纖局域網(wǎng)應(yīng)用》

單模光纖的芯線標(biāo)稱(chēng)直徑規(guī)格為（8～10）μm/125μm。規(guī)格（芯數(shù)）有2、4、6、8、12、16、20、24、36、48、60、72、84、96芯等。線纜外護(hù)層材料有普通型；普通阻燃性；低煙無(wú)鹵型；低煙無(wú)鹵阻燃型。

當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)有保密要求，不允許信號(hào)往外發(fā)射時(shí)，或系統(tǒng)發(fā)射指標(biāo)不能滿足規(guī)定時(shí)，應(yīng)采用屏蔽銅芯對(duì)絞電纜和屏蔽配線設(shè)備，或采用光纜系統(tǒng)。

由于光纖的纖芯是石英玻璃的，極易弄斷，因此在施工彎曲時(shí)，決不允許超過(guò)最小的彎曲半徑。其次，光纖的抗拉強(qiáng)度比電纜小，因此在操作光纜時(shí)，不允許超過(guò)各種類(lèi)型光纜抗拉強(qiáng)度。在光纜敷設(shè)好以后，在設(shè)備間和樓層配線間將光纜捆接在一起，然后才進(jìn)行光纖連接?？梢岳霉饫w端接裝置(OUT)、光纖耦合器、光纖連接器面板來(lái)建立模組化的連接。當(dāng)敷設(shè)光纜工作完成，以及在應(yīng)有的位置上建立互連模組以后，就可以將光纖連接器加到光纖末端上，并建立光纖連接。

其他參見(jiàn)《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程驗(yàn)收規(guī)范》GB/T 50312－2000和《建筑及建筑群綜合布線系統(tǒng)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》CECS 89:97中要求。

1、 單模傳輸距離遠(yuǎn)

2、 多模傳輸帶寬大

3、 單模不會(huì)發(fā)生色散，質(zhì)量可靠

4、 單模通常使用激光作為光源，貴，而多模通常用便宜的LED

5、 單模價(jià)格比較高

6、 多模價(jià)格便宜，近距離傳輸可以