根据ITU-T的标准,通信光纤分为:G.651~ G.657共7个大类,这几类光纤有什么区别呢。
1、G.651光纤
G.651是多模光纤,而从G.652至G.657都是单模光纤。
光纤由纤芯、包层和涂覆层构成的,如图1所示。包层的直径通常为125us,涂覆层(着色后)的直径一般为250us;但纤芯的直径就不是个固定值了,因为纤芯直径的不同,直接导致了光纤传输性能的巨大变化。
图1 光纤的结构图
多模光纤的纤芯直径一般为50um~100um,当纤芯直径变小时,光纤的传输性能明显改善。原来光信号在光纤内的传输有多种模式,如图2所示,当纤芯直径变小时,光信号的传输模式也会变少,各传输模式间的干扰变少。
图2 渐变型多模光纤中光信号的传输
当光纤的纤芯直径小到一定值以下时,光信号的传输模式就只剩下了一种,如图3所示,这就成了单模光纤。
图3 单模光纤中光信号的传输
2、G.652光纤
G.652光纤是应用最广泛的光纤,目前除了光纤到户(FTTH)的入户光缆外,长途、城域使用的光纤几乎全为G.652光纤。
从光的能量分布来看,单模光纤中的光信号并不仅在纤芯传输,包层中也有光信号。为了描述单模光纤中光能的集中程度,把光纤中光强度降低到轴心处最大光强的1/(e^2)的各点中两点最大距离定义为模场直径,如图4所示。
图4 模场直径的定义
显然,模场直径更能体现单模光纤的传输特性,所以,单模光纤干脆不提纤芯直径了。模场直径是单模光纤的一个重要参数,大小随波长增大而增大。
影响光纤传输距离的最重要因素之一是衰耗,光纤的衰耗系数是和波长相关的。常规单模光纤的衰耗系数见图5。从图中可以看出,光纤在1310nm和1550nm处的衰耗较小,1310nm和1550nm也成了单模光纤最常用的2个波长窗口。
图5 常规单模光纤的衰耗系数
3、G.653光纤
在光通信系统的速率进一步提高后,信号的传输开始受光纤色散的影响。色散是指信号(脉冲)的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播,到达一定距离后产生的信号失真(脉冲展宽)现象,如图6所示。
图6 光纤的色散
光纤的色散系数也是和波长有关的,如图7所示。单模光纤在1550nm处的衰耗系数最小,但该波长处的色散系数较大。于是人们就研制出了一种在1550nm处色散系数为0的单模光纤,这种看似完美的光纤就是G.653。
图7 G.652和G.653光纤的色散系数
然而,光纤的色散为0却不适合波分(WDM)系统的使用,所以,G.653光纤很快就被淘汰了。
4、G.654光纤
G.654光纤主要用于海缆通信系统,为适应海缆通信长距离、大容量的需求,G.654光纤主要做了两个方面的改进。
(1)降低光纤的损耗;从G.652的0.22dB/km降到了0.19dB/km(标准值)。
(2)增大光纤的模场直径;光纤的模场直径越大,通过光纤横截面的能量密度就越小,从而改善光纤的非线性效应,提升光纤通信系统的信噪比。
老丁头猜想,增大光纤模场直径最容易的办法就是增加纤芯直径,纤芯直径增加后,光纤的截止波长不就加大了呗。这就不难理解G.654光纤的名称为:截止波长位移光纤了(G.654光纤的截止波长约为1530nm,其他单模光纤一般为1260nm)。当然,纤芯直径也不能增加太多,否则连1550nm的波长范围都不能使用,就成多模光纤了。
5、G.655光纤
G.653光纤因在1550nm波长处的色散为零,不利用WDM系统的使用,于是就研制了一种在1550nm波长处色散很小但不为0的光纤,这就是G.655光纤。G.655光纤在1550nm波长附近衰耗最小、色散较小且不为0,可以用于WDM系统;所以,G.655光纤在2000年前后的20多年时间内,一直是长途干线的首选。G.655光纤的衰耗系数与色散系数见图8。
图8 G.655光纤的衰耗系数与色散系数
但是,这么好的光纤也有面临淘汰的一天。随着色散补偿技术的成熟,G.655光纤居然被G.652光纤取代了。大约从2005年开始,长途干线开始规模使用G.652光纤,目前G.655光纤几乎仅用于原长途线路的维护。
老丁头认为,G.655光纤被淘汰还有一个重要的原因:
G.655光纤的模场直径标准是8~11μm(1550nm),不同光纤厂商生产的光纤模场直径可能差距较大,但光纤的型号却没有任何区别,而模场直径差异较大的光纤接续时有较大的衰耗,这就给维护带来了极大的不便;所以,在干线系统中,即使使用G.652光纤需要更大的的色散补偿成本,用户也不愿意选择G.655光纤。
6、G.656光纤
介绍G.656光纤之前,先回到G.655称霸长途干线的那个年代。
从衰耗特性来看,G.655光纤从1460nm~1625nm(S+C+L波段)的波长范围都可以用于通信,但由于1530nm波长以下光纤的色散系数太小,不适合波分(WDM)系统的使用,所以G.655光纤的可使用波长范围为1530nm~1525nm(C+L波段)。
为了使光纤的1460nm~1530nm波长范围(S波段)也能用于通信,设法降低了G.655光纤的色散斜率,这就是成了G.656光纤。G.656光纤的衰耗系数与色散系数见图9。
图9 G.656光纤的衰耗系数与色散系数
老丁头认为,由于光纤的非线性效应,长途WDM系统的波道数量不会大量增加,而城域光纤的建设成本较低,增加WDM系统的波道数意义也不大,所以,目前的密集波分(DWDM)主要还是80/160波,光纤的C+L波段足以满足需求。除非高速率系统对波道间隔有较大的要求,否则G.656光纤将永远没有规模使用的哪一天。
7、G.657光纤
G.657光纤是除G.652外使用量最大的光纤,FTTH入户的比电话线还细的光缆,里面用的就是G.657光纤。
G.657光纤是一种对弯曲不敏感的光纤,其曲率半径不足G.652光纤的一半。
8、后记
通信光纤的每个大类还分了很多子类,如最常用的G.652光纤是G.652D。由于篇幅的关系,本文对每个大类的子类不做介绍。
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