数值孔径的名词解释([普及知识]光纤的标准有哪些？)

Posted 2023-05-27

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数值孔径的名词解释([普及知识]光纤的标准有哪些？)

（一）光纤标准分类

目前，国际上光纤的标准主要是采用ITU-T系列的标准，对单模光纤的标准是G.650“单模光纤相关参数的定义和试验方法”、G.652“单模光纤和光缆特性”、G.653“色散位移单模光纤和光缆特性”、G.654“截止波长位移型单模光纤和光缆特性”、G.655“非零色散位移单模光纤和光缆特性”及G.656“用于宽带传输的非零色散位移光纤和光缆特性”；对多模光纤的标准是G.651“50/125μm多模渐变折射率光纤和光缆特性”。

国际电工委员会也颁布了系列标准 IEC 60793，我国的光纤标准包括国家标准 GB/T 15912系列，以及工业和信息化部颁布的通信行业标准YD/T系列。

1.渐变型多模光纤（G.651光纤）

渐变型多模光纤的工作波长有两种：1310nm和1550nm。在这两种工作波长上，光纤均处于多模工作状态。这种光纤在1310nm处具有最小的色散值，而在1550nm处具有最小的衰减系数。

国际电工委员会（IEC）将渐变型多模光纤按照纤芯/包层尺寸进一步分为A1a、A1b、A1c和A1d四种。它们的纤芯（μm）/包层直径（μm）/数值孔径分别为50μm/125μm/0.2、62.5μm/125μm/0.275、85μm/125μm/0.275和100μm/140μm/0.316。

目前数据通信局域网（LAN）大量用到多模光纤，接入网的引入光缆和室内软光缆也要用到多模光纤。用得较多的是A1a（50μm/125μm）和A1b（62.5μm/125μm）。

2.标准单模光纤（G.652光纤）

标准单模光纤也称为非色散位移光纤，其零色散波长在1310nm处，在波长为1550nm处衰减最小，但有较大的正色散。工作波长既可选用1310nm，又可选用1550nm。这种光纤是使用最为广泛的光纤之一。

G.652类光纤进一步分为 A、B、C、D四个子类。G.652A光纤主要适用于 ITU-T G.951规定的SDH传输系统和G.691规定的带光放大的单通道直到STM-16的SDH传输系统，只能支持2.5Gb/s及以下速率的系统。

G.652B光纤主要适用于ITU-TG.957规定的SDH传输系统和G.691规定的带光放大的单通道SDH传输系统直到STM-64的ITU-T G.692带光放大的波分复用传输系统，可以支持对PMD有参数要求的10Gb/s速率的系统。G.652C光纤的适用范围同 B类相似，这类光纤允许G.951传输系统使用在1360～1530nm之间的扩展波段，增加了可用波长数。G.652D光纤为无水峰光纤，其属性与G.652B光纤基本相同，而衰减系数与G.652C光纤相同，可以工作在1360～1530nm全波段。

由于在1550nm波段的色散较大，利用G.652光纤进行速率为10Gb/s以上的信号长途传输时，必须引入色散补偿光纤进行色散补偿，并需引入更多的掺铒光纤放大器来补偿由于色散补偿光纤所产生的损耗。

3.色散位移光纤（G.653光纤）

G.653光纤又称为色散位移光纤（Dispersion Shifted Fiber，DSF），是指零色散点在1550nm附近的光纤，它相对于G.652光纤，零色散点发生了移动，所以叫色散位移光纤。这种光纤非常适合于长距离、单信道、高速光纤通信系统，可以在这种光纤上直接开通40Gb/s系统，而不需要采用任何色散补偿措施。但该光纤在1550nm窗口的色散非常小，比较容易产生各种光学非线性效应。光纤非线性效应导致的四波混频对DWDM系统的影响严重，由于这个原因，G.653并没有得到广泛推广，色散位移光纤正在被非零色散位移光纤所取代。

4.截止波长位移型单模光纤（G.654光纤）

截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步。

截止波长位移型单模光纤在1550nm波长工作窗口具有极小的衰减（0.18dB/km）。与G.652光纤比较，这种光纤的优点是在1550nm工作波长处衰减系数极小，其弯曲性能好。另外，该光纤的最大特点是工作波长为1310nm的系统将处于多模工作状态。这种光纤主要应用在传输距离很远，且不能插入有源器件的无中继海底光纤通信系统中。

5.非零色散位移单模光纤（G.655光纤）

G.655光纤是将零色散点的位置从1550nm附近移开一定波长数，使零色散点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内，这种光纤就是非零色散位移光纤（NDSF）。

6.非零色散位移单模光纤（G.656光纤）

光纤的几个传输波段为C波段（1530～1565nm）、L波段（1565～1625nm）、E波段（1360～1460nm）、S波段（1460～1530nm）、U波段（1625～1675nm）、O波段（1250～1360nm）。G.656光纤是为了进一步扩展DWDM系统的可用波长范围，在S波段（1460～1530nm）、C波段（1530～1565nm）和L波段（1565～1625nm）波段均保持非零色散的一种新型光纤。

（二）光纤的演进

随着光纤传输速率的提高，尤其是近年来，随着光纤放大器的应用和波分复用（WDM）技术的发展，人们对光纤有了一些新的要求。在以前的传输网上，进入光纤的光功率不大，光纤呈现出线性传输特性，影响光纤传输特性的因素主要是损耗和色散。然而，随着光纤放大器的应用，超过+18dBm以上的光信号被耦合进一根光纤，波分复用技术使一根光纤中有了数十条甚至上百条光波道。这时，较高的光能量聚集在很小的截面上，光纤开始呈现出非线性特性，并成为最终限制传输系统性能的关键因素。主要的非线性现象是受激散射和非线性折射（克尔效应）。

在1550nm处，常规的G.652光纤具有最低损耗特性。再配合使用光纤放大器，可以在G.652光纤上开通8×2.5Gb/s或16×2.5Gb/s，甚至32×2.5Gb/s系统。但由于G.652光纤在1550nm处的色散值较大，受其影响，当单一波道上的传输速率提高到10Gb/s时，传输距离就会大大缩短。因此，高速率的传输系统要求采取色散补偿的方式降低G.652光纤在1550nm处的色散系数，如在G.652光纤线路中加入一段色散补偿模块。但由于采用色散补偿模块，会引入较高的插入损耗，系统必须使用光纤放大器，造成系统建设成本的提高。因此，在骨干传输网上，利用G.652光纤开通高速、超高速系统不是今后的发展方向。

将G.652光纤的零色散波长从1310nm移至1550nm处，便成为了G.653色散位移光纤。在G.653光纤上，使用光纤放大器技术，可将高功率光信号在单波道上传输得更远，是极好的单波道传输媒介，可以毫无困难地开通长距离高速系统。但是对于DWDM复用系统，这种光纤不是合适的媒介。G.653光纤在工作区内的零色散点是导致光纤非线性四波混合效应的源泉。一般来讲，四波混合的效率取决于通路间隔和光纤的色散。通路间隔越窄，光纤色散越小，不同光波间相位匹配就越好，四波混合的效率也就越高，而且一旦四波混合现象产生，就无法用任何均衡技术来消除。但是，若有意识地在生产光纤时使其具有一定的色散，如大于0.1ps/（nm· km），则可有效地抑制四波混合现象。因此，一种专门为高速、超大容量波分复用系统设计的新型光纤诞生了，这就是G.655非零色散位移光纤。

G.655光纤的零色散点不在1550nm附近，而是向长波长或短波长方向位移，使得1550nm附近呈现出一定大小的色散（ITU-T规范为0.1～6ps/（nm· km））。这样可大大减小四波混频的影响，有利于密集波分复用系统的传输。但同时，也要控制1550nm附近的色散值不能太大，以保证速率超过10Gb/s的信号可以不受色散限制地传输300km以上。根据零色散点出现的位置的不同，G.655光纤在1530～1565nm的工作区内所呈现的色散值也不同。零色散点在1530nm以下时，在工作区内色散值为正值，这种正色散G.655光纤适合陆地传输系统使用；零色散点在1565nm以上时，在工作区内色散值为负值，这种负色散G.655光纤适合海底传输系统使用。

上述三种光纤的主要技术规范见表1.7。

表1.7 光纤的主要技术规范

2002年7月，由日本NTT提出了G.656光纤标准。与G.655比较，G.656光纤支持更宽的工作波长：1450～1625nm。与G.652光纤比较，G.656光纤支持更小的色散系数：2～15ps/（nm· km）。采用G.656光纤能够有效提高现有DWDM系统的容量，由现有的C+L波段扩展为S+C+L波段，如采用100GHz波道间隔可增加40个波长。同时，G.656色散相对较小的特点使得运营商在部署CWDM系统时，无须考虑色散补偿。其通过扩大光纤工作波长范围，提高传输速率和复用信道数来达到降低系统成本的目的。

对以上所述部分标准光纤典型传输特性和应用范围进行比较，参见表1.8。

表1.8 标准光纤典型传输特性和应用范围比较

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