光纖光纜的基礎(chǔ)知識(shí)

1. 光纖的結(jié)構(gòu)是怎么樣的？

2. 光纜的組成

3. 光纖的工作波長(zhǎng)？

4. 最小色散波長(zhǎng)和最小損耗波長(zhǎng)

5. 什么是光纖的色散？

6. 產(chǎn)生光纖衰減的原因是什么？

7. 光纖的帶寬與什么有關(guān)？

8. 什么是插入損耗？

9. 什么是回波損耗？

10. 光纖的纖芯尺寸是多少？

11. 什么是模場(chǎng)直徑MFD

12. 什么是數(shù)值孔徑NA？

13. 什么是截止波長(zhǎng)（Cutoff Wavelength）

14. 什么是零色散波長(zhǎng)（Zero Dispersion Wavelength）

15. 什么是色散位移型光纖（DSF）

16. 什么是非零色散型光纖（NZDF）？

17. 光纖如何分類

18. 目前用于傳輸網(wǎng)建設(shè)的光纖主要有哪些？

19. 什么是單模光纖、多模光纖？

20. OS1， OS2， OM1， OM2， OM3， OM4， OM5

1. 光纖的結(jié)構(gòu)是怎么樣的？

光纖裸纖一般分為三層：纖芯、包層和涂覆層。

光纖纖芯和包層是由不同折射率的玻璃組成，中心為高折射率玻璃纖芯（摻鍺二氧化硅），中間為低折射率硅玻璃包層（純二氧化硅）。光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發(fā)生全發(fā)射（由于包層的折射率稍低于纖芯），從而可以在光纖中傳播。涂覆層的主要作用是保護(hù)光纖不受外界的損傷，同時(shí)又增加光纖的柔韌性。正如前面所述，纖芯和包層都是玻璃材質(zhì)，不能彎曲易碎，涂覆層的使用則起到保護(hù)并延長(zhǎng)光纖壽命的作用。

2.光纜的組成

光纖由純石英以特別的工藝?yán)z成比頭發(fā)還細(xì)中間有幾介質(zhì)的玻璃管，它的質(zhì)地脆易斷，因此需要外加一層保護(hù)層。光纖外層加上塑料保護(hù)套管及塑料外皮就成了光纜。

光纜包含光纖，光纖就是光纜內(nèi)的玻璃纖維，廣泛上來(lái)說(shuō)光纖是光纜，都是一種傳輸介質(zhì)。但嚴(yán)格意義上講，兩者是不相同的產(chǎn)品，光纖和光纜的區(qū)別：光纖是一種傳輸光束的細(xì)而柔軟的媒質(zhì)。多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆，包覆后的纜線即被稱為光纜。所以光纖是光纜的核心部分，光纖經(jīng)過(guò)一些構(gòu)件極其附屬保護(hù)層的保護(hù)就構(gòu)成了光纜。

3.光纖的工作波長(zhǎng)？

光是由它的波長(zhǎng)來(lái)定義，在光纖通信中，使用的光是在紅外區(qū)域中的光，此處光的波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光。 在光纖通信中，典型的波長(zhǎng)是800到1600nm，其中最常用的波長(zhǎng)是850nm、1310nm和1550nm。

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在選擇傳輸波長(zhǎng)時(shí)，主要綜合考慮光纖損耗和散射。目的是通過(guò)向最遠(yuǎn)的距離、以最小的光纖損耗來(lái)傳輸最多的數(shù)據(jù)。在傳輸中信號(hào)強(qiáng)度的損耗就是衰減。衰減度與波形的長(zhǎng)度有關(guān)，波形越長(zhǎng)，衰減越小。光纖中使用的光在850、1310、1550nm處的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故此光纖的衰減較小，這也導(dǎo)致較少的光纖損耗。并且這三個(gè)波長(zhǎng)幾乎具有零吸收，最為適合作為可用光源在光纖中傳輸。

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4.最小色散波長(zhǎng)和最小損耗波長(zhǎng)

在目前商用光纖中，什么波長(zhǎng)的光具有最小色散？什么波長(zhǎng)的光具有具有最小損耗？1310nm波長(zhǎng)的光具有最小色散，1550nm波長(zhǎng)的光具有最小損耗。

5.什么是光纖的色散？

光纖色散是指由于光纖所傳輸?shù)男盘?hào)是由不同頻率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，從而導(dǎo)致信號(hào)的畸變。

光纖色散分為材料色散，波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散由于信號(hào)不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號(hào)不是單一模式所引起。信號(hào)不是單一模式會(huì)引起模式色散。單模光纖只傳單一基模，所以只有材料色散和波導(dǎo)色散，沒(méi)有模式色散。而多模光纖則存在模間色散。光纖的色散不僅影響光纖的傳輸容量，也限制了光纖通信系統(tǒng)的中繼距離。

6.產(chǎn)生光纖衰減的原因是什么？

造成光纖衰減的原因主要有散射、吸收、彎曲、擠壓、以及連接器和熔接接頭造成的光功率損耗。衰減的單位為dB/km，每公里光纖對(duì)光信號(hào)功率的衰減值。瑞麗散射、固有吸收等是光纖的固有損耗，其中還有部分光纖內(nèi)的光會(huì)在光纖彎曲時(shí)因散射而損失掉、或者在受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗等。同時(shí)光纖對(duì)接時(shí)也會(huì)產(chǎn)生損耗，如不同軸、端面與軸心不垂直、端面不平、對(duì)接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。

7.光纖的帶寬與什么有關(guān)？

光纖的帶寬指的是：在光纖的傳遞函數(shù)中，光功率的幅值比零頻率的幅值降低50%或3dB時(shí)的調(diào)制頻率。光纖的帶寬近似與其長(zhǎng)度成反比，帶寬長(zhǎng)度的乘積是一常量。

8.什么是插入損耗？

插入損耗是Insertion Loss（通常簡(jiǎn)稱為IL），主要是指光纖中兩個(gè)固定點(diǎn)之間損耗的光的度量。可以理解為光通信系統(tǒng)光纖鏈路中由于光器件的介入而引起的光功率的損失，單位是dB。

計(jì)算公式： IL=-10 lg（Pout /Pin）， Pout 為輸出光功率，Pin 為輸入光功率。

插入損耗的數(shù)值越小表示性能越好，例如，插入損耗為0.3dB優(yōu)于0.5dB。一般來(lái)說(shuō)，熔接和手動(dòng)連接之間的衰減差異（小于0.1 dB）會(huì)小于光纖連接器之間的連接。數(shù)據(jù)中心光纖布線的建議的最大dB損耗量：LC多模光纖連接器最大為15dB， LC單模連接器為最大15dB， MPO/MTP多模光纖連接器最大為20dB，MPO/MTP單模光纖連接器最大為30dB。

9.什么是回波損耗？

當(dāng)光纖信號(hào)進(jìn)入或離開(kāi)某個(gè)光器件組件時(shí)（例如光纖連接器），不連續(xù)和阻抗不匹配將導(dǎo)致反射或回波，反射或返回的信號(hào)的功率損耗，即為回波損耗，Return Loss（簡(jiǎn)稱RL）。插入損耗主要是測(cè)量當(dāng)光鏈路遇到損耗后的結(jié)果信號(hào)值，而回波損耗則是對(duì)光鏈路遇到組件接入時(shí)對(duì)反射信號(hào)損耗值的測(cè)量。

計(jì)算公式：RL=-10 lg（P0/P1）， P0表示反射光功率，P1表示輸入光功率。

回波損耗值表示為dB，通常為負(fù)值，因此回波損耗值越大越好，典型規(guī)格范圍為-15至-60 dB。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Ultra PC拋光光纖連接器的回波損耗應(yīng)大于50dB，斜角拋光的回波損耗通常大于60dB。PC類型應(yīng)大于40dB。對(duì)于多模光纖，典型的RL值介于20至40 dB之間。

10.光纖的纖芯尺寸是多少？

纖芯尺寸就是光纖纖芯的物理尺寸。多模光纖的纖芯尺寸介于7um和3mm之間，最常見(jiàn)的是50um，62.5um，100um和200um。數(shù)據(jù)通信的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是使用石英玻璃纖維的50um和62.5um多模。單模石英玻璃纖維的典型芯尺寸為8.3um。對(duì)于塑料光纖，其纖芯尺寸范圍為0.25mm至3mm，其中最受歡迎的是1mm。

11.什么是模場(chǎng)直徑？

模場(chǎng)直徑（MFD--Mode Field Diameter），用來(lái)表征在單模光纖的纖芯區(qū)域基模光的分布狀態(tài)。盡管大多數(shù)光信號(hào)在光纖纖芯內(nèi)部傳播，但實(shí)際上它會(huì)傳播通過(guò)稍大的體積，包括光纖包層的內(nèi)邊緣。該有效面積成為光纖的模場(chǎng)直徑。在截止值以上工作的電信光纖中，纖芯直徑可能約為9 μm，MFD約為10.4 μm。使用非常高的NA光纖（約0.2或0.3），纖芯直徑僅為幾微米，而MFD可能約為5 μm。對(duì)于傳輸光纖而言，模場(chǎng)直徑越大越好。

12.什么是數(shù)值孔徑NA？

光纖的集光能力不僅取決于光纖芯的尺寸，還取決于其接收角度。接受角是光線可以進(jìn)入光纖并被捕獲在光纖芯中的角度范圍。接受角和數(shù)值孔徑是用于描述與光在光纖中傳播相關(guān)的角度的品質(zhì)因數(shù)。接收角半角的正弦值稱為數(shù)值孔徑– NA（Numeric Aperture），NA=sinθ。通常，對(duì)于50um漸變折射率多模光纖，數(shù)值孔徑為0.20。對(duì)于62.5um漸變折射率多模光纖，數(shù)值孔徑為0.28。

13.什么是截止波長(zhǎng)（Cutoff Wavelength）

截止波長(zhǎng)是指單模光纖通常存在某一波長(zhǎng)，當(dāng)所傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)超過(guò)該波長(zhǎng)時(shí)，光纖就只能傳播一種模式（基模）而在該波長(zhǎng)之下，光纖可能傳播多種模式。當(dāng)波長(zhǎng)大于某一值時(shí)，某特定模式不再存在，該波長(zhǎng)就稱為此模式的截止波長(zhǎng)。

14.什么是零色散波長(zhǎng)（Zero Dispersion Wavelength）

當(dāng)波導(dǎo)色散與材料色散在某個(gè)波長(zhǎng)互相抵消，使總的色度色散趨近于零時(shí)，該波長(zhǎng)即為零色散波長(zhǎng)。常規(guī)型單模光纖的零色散波長(zhǎng)在1310nm附近，最低損耗在1550nm附近。在1550nm處有一個(gè)較高的正色散值。ITU—T建議的G.652光纖和G.654光纖都屬于這種類型。零色散波長(zhǎng)在1300～1324 nm，最大色散D（λ）《3.5 ps/（nm?km）。色散斜率S?！?．093/（nm2?km）。

15.什么是色散位移型光纖（DSF）？

色散位移光纖就是通過(guò)改變光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)、折射率分布形狀，力求加大波導(dǎo)色散，從而將零色散點(diǎn)從1310nm位移到1550nm，實(shí)現(xiàn)1550nm處最低衰減和零色散波長(zhǎng)一直。這種光纖工作波長(zhǎng)在1550nm區(qū)域。它非常適合 于長(zhǎng)距離單信道光纖通信系統(tǒng)。

16.什么是非零色散型光纖（NZDF）？

光纖在1550nm波長(zhǎng)處色散不為零，故稱為非零色散位移光纖。它在1550nm波長(zhǎng)區(qū)域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s的長(zhǎng)距離傳輸而無(wú)需色散補(bǔ)償，同時(shí)其色散值又保持非零特性來(lái)抑制四波混頻和交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)的影響。這種光纖主要使用密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。

17.光纖如何分類

如按光的模式可分為單模光纖、多模光纖。按折射率分：跳變式光纖和漸變式光纖。按組成成分分為石英光纖、含氟光纖、塑料光纖。按工作波長(zhǎng)分為短波長(zhǎng)光纖（波長(zhǎng)典型值為850nm），長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖（波長(zhǎng)為1310nm，1550nm）

18.目前用于傳輸網(wǎng)建設(shè)的光纖主要有哪些？

其中根據(jù)ITU標(biāo)準(zhǔn)，將光纖分為七種：G651，G652，G653，G654，G655，G656，G657，其中常用的是G652、G657。

多模光纖

G.651光纖（多模漸變型折射率光纖）

單模光纖

G.652（色散非位移單模光纖）

G.653（色散位移光纖）

G.654（截止波長(zhǎng)位移光纖）

G.655（非零色散位移光纖）

G.656（低斜率非零色散位移光纖）

G.657（耐彎光纖）

19.什么是單模光纖、多模光纖？

單模光纖（Single Mode Fiber），光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發(fā)生全發(fā)射，當(dāng)直徑較小時(shí)，只允許一個(gè)方向的光通過(guò)，即為單模光纖；單模光纖的中心玻璃芯很細(xì)，芯徑一般為8.5或9.5μm，并在1310和1550nm的波長(zhǎng)下工作。

多模光纖（Multi Mode Fiber），就是允許有多個(gè)導(dǎo)模傳輸?shù)墓饫w。多模光纖的纖芯直徑一般為50μm/62.5μm，由于多模光纖的芯徑較大，可容許不同模式的光于一根光纖上傳輸。多模的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)分別為850nm和1300nm。還有一種新的多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，稱為WBMMF（寬帶多模光纖），它使用的波長(zhǎng)在850nm到953nm之間。

單模光纖和多模光纖，兩者的包層直徑都為125μm。

20.OS1， OS2， OM1， OM2， OM3， OM4， OM5

OS1和OS2都是單模光纖，OS1：較早前使用的普通單模光纖；OS2：現(xiàn)正在使用的普通光纖，低水峰光纖。 一般來(lái)說(shuō)，OM1為常規(guī)62.5/125um；OM2為常規(guī)50/125um；OM3是850nm激光優(yōu)化的50um芯徑多模光纖，在采用850nm VCSEL的10Gb/s以太網(wǎng)中，光纖傳輸距離可以達(dá)到300m；OM4是OM3的升級(jí)版，OM4多模光纖優(yōu)化了OM3多模光纖在高速傳輸時(shí)的產(chǎn)生的差模延遲（DMD），因此傳輸距離有大幅度的提高，光纖傳輸距離可以達(dá)到550m；OM5光纖跳線是TIA和IEC定義的光纖跳線新標(biāo)準(zhǔn)，纖徑為50/125μm，與OM3和OM4光纖跳線相比，OM5光纖跳線可以用于更高帶寬的應(yīng)用。不同等級(jí)傳輸時(shí)的帶寬和最大距離不同。

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