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光纤分类

光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模。多模光纤的纤芯直径为50或62.5μm,包层外径125μm,表示为50/125μm或62.5/125μm。单模光纤的纤芯直径为8.3μm,包层外径125μm,表示为8.3/125μm。

光纤的工作波长有短波850nm、长波1310nm和1550nm。光纤损耗一般是随波长增加而减小,850nm的损耗一般为 2.5dB/km,1.31μm的损耗一般为0.35dB/km,1.55μm的损耗一般为0.20dB/km,这是光纤的最低损耗,波长1.65μm以 上的损耗趋向加大。由于OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用。

单模光纤外套颜色一般为黄色(黄色)。多模光纤的外套颜色一般为红色(红色)。

单模光纤

"单模光纤" 在学术文献中的解释:一般v小于2.405时,光纤中就只有一个波峰通过,故称为单模光纤,它的芯子很细,约为3一10微米,模式色散很小.影响光纤传翰 带宽度的主要因素是各种色散,而以模式色散最为重要,单模光纤的色散小,故能把光以很宽的频带传输很长距离。

满足ITU-T.G.655要求的单模光纤,常称非零色散位移光纤或NZDSF(=NonZero Dispersion Shifted Fiber)。属于色散位移光纤,不过在1550nm处色散不是零值(按ITU-T.G.655规定,在波长1530-1565nm范围对应的色散值为 0.1-6.0ps/nm.km),用以平衡四波混频等非线性效应。商品光纤有如AT&T的TrueWave光纤,Corning的SMF-LS 光纤(其零色散波长典型值为1567.5nm,零色散典型值为0.07ps/nm2.km)以及Corning的LEAF光纤。我国的"大宝实"光纤等。

单模光纤(Single Mode Fiber):中心纤芯很细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。

后来发现在1310nm波长处,单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看,1310nm正好是光纤的一个低损耗窗口。这样,1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口,也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU-T在G652建议中确定的,因此这种光纤又称G652光纤。

上面提到由于OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰,该现象称为水峰。目前美国康普公司 提供的TeraSPEEDTM零水峰单模光缆,正解决了此问题,TeraSPEED 系统通过消除了1400nm 水峰的影响因素, 从而为用户提供了更广泛的传输带宽, 用户可以自由使用从1260nm 到1620nm 的所有波段, 因此传输通道从以前的240增加到400,性能比传统单模光纤多50%的可用带宽,为将来升级为100G带宽的CWDM 粗波分复用技术打下了坚实的基础,TeraSPEED 解决方案为园区/城市级理想的主干光纤系统。

同时,由于G.652.D 是单模光纤的最新的指标,是所有G.652级别中指标最严格的并且完全向下兼容的。如果,仅指明G.652意味着 G.652.A 的性能规范,这一点应特别注意。TeraSPEED 光纤超过所有的指标均满足 G.652.A, .B, .C和.D 的性能规范,如下表:

 

而我们对于单模光缆的选型建议如下:

A.从传输距离的角度,如果希望今后支持万兆传输,而距离较远应考虑采用单模光缆。

B.从造价的角度,零水峰光缆提供比单模光纤多50%带宽,而造价上又相差不多,事实上美国康普公司目前已经不提供普通单模光纤,只提供零水峰光纤这样的更高性能的产品给用户。

多模光纤

多模光纤电缆容许不同光束于一条电缆上传输,由于多模光缆的芯径较大,故可使用较为廉宜的偶合器及接线器,多模光缆的光纤直径为50μm至100μm。

基本上有两种多模光缆,一种是梯度型(graded)另一种是引导型(stepped),对于梯度型(graded)光缆来说,芯的折光系数 (refraction index)于芯的外围最小而逐渐向中心点不断增加,从而减少讯号的振模色散,而对引导型(Stepped Inder)光缆来说,折光系数基本上是平均不变,而只有在色层(cladding)表面上才会突然降低引导型(stepped)光缆一般较梯度型 (graded)光缆的频宽为低。在网络应用上,最受欢迎的多模光缆为62.5/125,62.5/125意指光缆芯径为62.5μm而色层 (cladding)直径为125μm,其他较为普通的为50/125及100/140。

相对于双绞线,多模光纤能够支持较长的传输距离,在10mbps及100mbps的以太网中,多模光纤最长可支持2000米的传输距离,而于1GpS千兆网中,多模光纤最高可支持550米的传输距离。

业界一般认为当传输距离超过295尺,电磁干扰非常严重,或频宽需要超过350MHz,那便应考虑采用多模光纤代替双绞线作为传输载体。

多模光纤(Multi Mode Fiber) - 芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。如下表,为多模光缆的带宽的比较:

提到万兆多模光缆,需要作些说明,光纤系统在传输光信号时,离不开光收发器和光纤。因传统多模光纤只能支持万兆传输几十米,为配合万兆应用而采用的 新型光收发器,ISO/IEC 11801制定了新的多模光纤标准等级,即OM3类别,并在2002年9月正式颁布。OM3光纤对LED和激光两种带宽模式都进行了优化,同时需经严格的 DMD测试认证。采用新标准的光纤布线系统能够在多模方式下至少支持万兆传输至300米,而在单模方式下能够达到10公里以上(1550nm更可支持40 公里传输)。

美国康普公司的多模光缆分为多模OptiSPEED®解决方案(62.5/125μm) 和万兆多模LazrSPEED® 解决方案(激光优化万兆50/125μm)。LazrSPEED分成三个系列,即LazrSPEED 150、300、550系列,且LazrSPEED万兆多模光缆均通过UL DMD认证。具体传输指标请看下表:

多模光纤产品选用指南

多模光纤的芯线标称直径规格为62.5μm/125μm.或50μm/125μm.。规格(芯数)有2、4、6、8、12、16、20、24、36、48、60、72、84、96芯等。线缆外护层材料有普通型;普通阻燃性;低烟无卤型;低烟无卤阻燃型。

当用户对系统有保密要求,不允许信号往外发射时,或系统发射指标不能满足规定时,应采用屏蔽铜芯对绞电缆和屏蔽配线设备,或采用光缆系统。

多模光纤的应用潜力

九十年代多模光纤在世界光纤市场一直占有稳定分额。

九十年代中期以来世界多模光纤市场基本保持在7~8%的光纤用量和14~15%的销售份额。北美比这一大致平均比例偏高。表4中世界多模光纤用 量和销售额的比例分别为4%和11%,这是由于当年非零色散位移光纤猛增159%,达到1260万公里,使其他品种比例下降,多模光纤实际用量仍保持相应 水平。

七十年代光纤进入实用化阶段是从多模光纤的局间中继开始的。二十多年以来,单模光纤新品种不断出现,光纤功能不断丰富和增强,性能价格比不断苛 求,但多模光纤并没有被取代而是始终保持稳定的市场份额,和其他品种同步发展。其原因是多模光纤的特性正好满足了网络用纤的要求。相对于长途干线,光纤网 络的特点是:传输速率相对较低;传输距离相对较短;节点多、接头多、弯路多;连接器、耦合器用量大;规模小,单位光纤长度使用光源个数多。

传输速率低和传输距离短正好可以利用多模光纤带宽特性和传输损耗不如单模光纤的特点。但单模光纤更便宜、性能比多模好,为什么网络中不用单模光 纤呢?这是因为上述网络特点中弯路多损耗就大;节点多则光功率分路就频繁,这都要求光纤内部有足够的光功率传输。多模光纤比单模光纤芯径粗,数值孔径大, 能从光源耦合更多的光功率。网络中连接器、耦合器用量大,单模光纤无源器件比多模光纤贵,而且相对精密、允差小,操作不如多模器件方便可靠。单模光纤只能 使用激光器(LD)作光源 ,其成本比多模光纤使用的发光二极管(LED)高很多。尤其是网络规模小,单位光纤长度使用光源个数多,干线中可能几百公里用 一个光源,而十几公里甚至几公里的每个网络各有独立的光源。如果网络使用单模光纤配用激光器,网络总体造价会大幅度提高。目前,垂直腔面发射激光器 (VCSEL)已商用,价格与LED接近,其圆形的光束断面和高的调制速率正好补偿了LED 的缺点,使多模光纤在网络中应用更添生机。从上述分析不难看 到,认为单模光纤带宽高、损耗小,在网络中使用可以“一次到位”的考虑是不全面的。康宁公司对网络中使用单模光纤和使用多模光纤的系统成本进行了计算和比 较,使用单模光纤的网络成本是多模光纤的4倍。使用62.5μm和50μm多模光纤的系统成本一样,区别在于不同种类的连接器。选用无金属箍插拔式连接器 系统造价(多模系统B)比用金属箍旋接的连接器,如FC型(多模系统A)的成本可减少1/2。

“62.5”的兴衰和“50”的崛起

为适应网络通信的需要,七十年代末到八十年代初,各国大力开发大芯径大数值孔径多模光纤(又称数据光纤)。当时国际电工委员会推荐了四种不同芯 /包尺寸的渐变折射率多模光纤即A1a、A1b、A1c和A1d。它们的纤芯/包层直径(μm)/数值孔径分别为50/125/0.200、 62.5/125/0.275、85/125/0.275和100/140/0.316。总体来说,芯/包尺寸大则制作成本高、抗弯性能差,而且传输模数 量增多,带宽降低。100/140μm多模光纤除上述缺点外,其包层直径偏大,与测试仪器和连接器件不匹配,很快便不在数据传输中使用,只用于功率传输等 特殊场合。85/125μm多模光纤也因类似原因被逐渐淘汰。1999年10月在日本京都召开的IEC SC 86A GW1专家组会议对多模光纤标准进 行修改,2000年3月公布的修改草案中,85/125μm多模光纤已被取消。康宁公司1976年开发的50/125μm多模光纤和朗讯Bell实验室 1983开发的62.5/125μm多模光纤有相同的外径和机械强度,但有不同的传输特性,一直在数据通信网络中“较量”。

62.5μm芯径多模光纤比50μm芯径多模光纤芯径大、数值孔径高,能从LED光源耦合入更多的光功率,因此62.5/125μm多模光纤首 先被美国采用为多家行业标准。如AT&T的室内配线系统标准、美国电子工业协会(EIA)的局域网标准、美国国家标准研究所(ANSI)的100Mb/s 令牌网标准、IBM的计算机光纤数据通信标准等。50/125μm多模光纤主要在日本、德国作为数据通信标准使用,至今已有18年历史。但由于北美光纤用 量大和美国光纤制造及应用技术的先导作用,包括我国在内的多数国家均将62.5/125μm多模光纤作为局域网传输介质和室内配线使用。自八十年代中期以 来,62.5/125μm光纤几乎成为数据通信光纤市场的主流产品。

上述形势一直维持到九十年代中后期。近几年随局域网传输速率不断升级,50μm芯径多模光纤越来越引起人们的重视。自1997年开始,局域网向 1Gb/s发展,以LED作光源的62.5/125μm多模光纤几百兆的带宽显然不能满足要求。与62.5/125μm相比,50/125μm光纤数值孔 径和芯径较小,带宽比62.5/125μm光纤高,制作成本也可降低1/3。因此,各国业界纷纷提出重新启用50/125μm多模光纤。经过研究和论证, 国际标准化组织制订了相应标准。但考虑到过去已有相当数量的62.5/125μm多模光纤在局域网中安装使用,IEEE802.3z千兆比特以太网标准中 规定50/125μm和62.5/125μm多模光纤都可以作为1GMbit/s以太网的传输介质使用。但对新建网络,一般首选50/125μm多模光 纤。50/125μm多模光纤的重新启用,改变了62.5/125μm多模光纤主宰多模光纤市场的局面。遵照上述标准,康宁公司1998年9月宣布推出两 种新的多模光纤。第一种为InfiniCor300型,按62.5/125μm标准,可在1Gb/s速率下,850nm波长传输300米,1300nm波 长传输550米。第二种是InfiniCor600型,按50/125μm标准,在1Gb/s速率下,850nm波长和1300nm波长均可传输600 米。

虽然1998年新出台的IEEE802.3z标准提出了在1Gbit/s网络中使用多模光纤的规范,但网络升级的发展比标准的制订还快。目前要 求传输速率达到10Gbit/s。这使得62.5/125μm多模光纤的带宽限制更加突出。为了解决这一问题,各大公司在最近一两年开发推出了几种新品种 多模光纤,如康宁的InfiniCor CL1000和InfiniCor CL2000,朗讯的Lazr—SPEED,阿尔卡特的GIGAlite等。 康宁在发布这种光纤时说:“康宁以娴熟的技术和新的折射率分布控制,推出这种以前只有单模光纤才能给出的特性而且能在网络中使用以前给多模光纤配套的低成 本系统。”

在上述背景基础上,美国康宁和朗讯等大公司向国际标准化机构提出了“新一代多模光纤”概念。新一代多模光纤的标准正由国际标准化组织/国际电工 委员会(ISO/IEC)和美国电信工业联盟(TIA—TR42)研究起草。预计2002年3~4月推出,新一代多模光纤也将作为10Gb/s以太网的传 输介质,被纳入IEEE10Git/s以太网标准。新一代多模光纤的英文缩写“NGMMF”(New Generation Multi Mode  Fiber)已被国际通用,并可作为关键词在国际网站查询。目前,新一代多模光纤的全面技术指标尚未正式公布,但从标准制订的相关报道及有关技术网站中可 以得到如下确切信息:

单模还是多模?

综合以上的分析,我们认为,用户应从应用的角度、传输距离的角度、前瞻性的角度、造价的角度,综合以上因素,以最低的价格投资最好的性能!

附录:应用传输距离参照

* 需要模式适配跳线