常用通信光纖是如何分類的

根據ITU-T的標準,通信光纖分爲:G.651 G.6577個大類,這幾類光纖有什麼區別呢。

1、G.651光纖

G.651是多模光纖,而從G.652至G.657都是單模光纖。

光纖由纖芯、包層和塗覆層構成的,如圖1所示。包層的直徑通常爲125us,塗覆層(着色後)的直徑一般爲250us;但纖芯的直徑就不是個固定值了,因爲纖芯直徑的不同,直接導致了光纖傳輸性能的巨大變化。

圖1 光纖的結構圖

多模光纖的纖芯直徑一般爲50um~100um,當纖芯直徑變小時,光纖的傳輸性能明顯改善。原來光信號在光纖內的傳輸有多種模式,如圖2所示,當纖芯直徑變小時,光信號的傳輸模式也會變少,各傳輸模式間的干擾變少。

圖2 漸變型多模光纖中光信號的傳輸

當光纖的纖芯直徑小到一定值以下時,光信號的傳輸模式就只剩下了一種,如圖3所示,這就成了單模光纖。

圖3 單模光纖中光信號的傳輸

2、G.652光纖

G.652光纖是應用最廣泛的光纖,目前除了光纖到戶(FTTH)的入戶光纜外,長途、城域使用的光纖幾乎全爲G.652光纖。

從光的能量分佈來看,單模光纖中的光信號並不僅在纖芯傳輸,包層中也有光信號。爲了描述單模光纖中光能的集中程度,把光纖中光強度降低到軸心處最大光強的1/(e^2)的各點中兩點最大距離定義爲模場直徑,如圖4所示。

圖4 模場直徑的定義

顯然,模場直徑更能體現單模光纖的傳輸特性,所以,單模光纖乾脆不提纖芯直徑了。模場直徑是單模光纖的一個重要參數,大小隨波長增大而增大。

影響光纖傳輸距離的最重要因素之一是衰耗,光纖的衰耗係數是和波長相關的。常規單模光纖的衰耗係數見圖5。從圖中可以看出,光纖在1310nm和1550nm處的衰耗較小,1310nm和1550nm也成了單模光纖最常用的2個波長窗口。

圖5 常規單模光纖的衰耗係數

3、G.653光纖

在光通信系統的速率進一步提高後,信號的傳輸開始受光纖色散的影響。色散是指信號(脈衝)的不同頻率成份或不同的模式分量以不同的速度傳播,到達一定距離後產生的信號失真(脈衝展寬)現象,如圖6所示。

圖6 光纖的色散

光纖的色散係數也是和波長有關的,如圖7所示。單模光纖在1550nm處的衰耗係數最小,但該波長處的色散係數較大。於是人們就研製出了一種在1550nm處色散係數爲0的單模光纖,這種看似完美的光纖就是G.653。

圖7 G.652和G.653光纖的色散係數

然而,光纖的色散爲0卻不適合波分(WDM)系統的使用,所以,G.653光纖很快就被淘汰了。

4、G.654光纖

G.654光纖主要用於海纜通信系統,爲適應海纜通信長距離、大容量的需求,G.654光纖主要做了兩個方面的改進。

(1)降低光纖的損耗;從G.652的0.22dB/km降到了0.19dB/km(標準值)。

(2)增大光纖的模場直徑;光纖的模場直徑越大,通過光纖橫截面的能量密度就越小,從而改善光纖的非線性效應,提升光纖通信系統的信噪比。

老丁頭猜想,增大光纖模場直徑最容易的辦法就是增加纖芯直徑,纖芯直徑增加後,光纖的截止波長不就加大了唄。這就不難理解G.654光纖的名稱爲:截止波長位移光纖了(G.654光纖的截止波長約爲1530nm,其他單模光纖一般爲1260nm)。當然,纖芯直徑也不能增加太多,否則連1550nm的波長範圍都不能使用,就成多模光纖了。

5、G.655光纖

G.653光纖因在1550nm波長處的色散爲零,不利用WDM系統的使用,於是就研製了一種在1550nm波長處色散很小但不爲0的光纖,這就是G.655光纖。G.655光纖在1550nm波長附近衰耗最小、色散較小且不爲0,可以用於WDM系統;所以,G.655光纖在2000年前後的20多年時間內,一直是長途幹線的首選。G.655光纖的衰耗係數與色散係數見圖8。

圖8 G.655光纖的衰耗係數與色散係數

但是,這麼好的光纖也有面臨淘汰的一天。隨着色散補償技術的成熟,G.655光纖居然被G.652光纖取代了。大約從2005年開始,長途幹線開始規模使用G.652光纖,目前G.655光纖幾乎僅用於原長途線路的維護。

老丁頭認爲,G.655光纖被淘汰還有一個重要的原因:

G.655光纖的模場直徑標準是8~11μm(1550nm),不同光纖廠商生產的光纖模場直徑可能差距較大,但光纖的型號卻沒有任何區別,而模場直徑差異較大的光纖接續時有較大的衰耗,這就給維護帶來了極大的不便;所以,在幹線系統中,即使使用G.652光纖需要更大的的色散補償成本,用戶也不願意選擇G.655光纖。

6、G.656光纖

介紹G.656光纖之前,先回到G.655稱霸長途幹線的那個年代。

從衰耗特性來看,G.655光纖從1460nm~1625nm(S+C+L波段)的波長範圍都可以用於通信,但由於1530nm波長以下光纖的色散係數太小,不適合波分(WDM)系統的使用,所以G.655光纖的可使用波長範圍爲1530nm~1525nm(C+L波段)。

爲了使光纖的1460nm~1530nm波長範圍(S波段)也能用於通信,設法降低了G.655光纖的色散斜率,這就是成了G.656光纖。G.656光纖的衰耗係數與色散係數見圖9。

圖9 G.656光纖的衰耗係數與色散係數

老丁頭認爲,由於光纖的非線性效應,長途WDM系統的波道數量不會大量增加,而城域光纖的建設成本較低,增加WDM系統的波道數意義也不大,所以,目前的密集波分(DWDM)主要還是80/160波,光纖的C+L波段足以滿足需求。除非高速率系統對波道間隔有較大的要求,否則G.656光纖將永遠沒有規模使用的哪一天。

7、G.657光纖

G.657光纖是除G.652外使用量最大的光纖,FTTH入戶的比電話線還細的光纜,裏面用的就是G.657光纖。

G.657光纖是一種對彎曲不敏感的光纖,其曲率半徑不足G.652光纖的一半。

8、後記

通信光纖的每個大類還分了很多子類,如最常用的G.652光纖是G.652D。由於篇幅的關係,本文對每個大類的子類不做介紹。

 


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