单模光纤（一种网络传输设备）

概述

"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8一10微米，模式色散很小。影响光纤传输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。

单模光纤具备10micron的芯直径，可容许单模光束传输，可减除频宽及振模色散(Modaldispersion)的限制，但由于单模光纤芯径太小，较难控制光束传输，故需要极为昂贵的激光作为光源体，而单模光缆的主要限制在于材料色散(Materialdispersion)，单模光缆主要利用激光才能获得高频宽，而由于LED会发放大量不同频宽的光源，所以材料色散要求非常重要。

从成本角度考虑，由于光端机非常昂贵，故采用单模光纤的成本会比多模光纤电缆的成本高。

特点

单模光纤与多模光纤相比较，芯径细很多，仅为8～10μm。因只传一个模式，无模间色散，总色散小，带宽宽。单模光纤使用在1.3～1.6μm的波长区域，通过对光纤折射率分布的适当设计，并选用纯度很高的材料制备比纤芯大7倍的包层，可在此波段同时实现最低损耗与最小色散。

单模光纤用于长距离、大容量光纤通信系统，光纤局部区域网和各种光纤传感器中。

分类

单模光纤和多模光纤

随着光纤光缆工业和半导体激光技术的成功推进，光纤线路的工作波长可转移到更低损耗（0.22dB/km）的1550nm光纤窗口。

满足ITU-T.G.653要求的单模光纤，常称色散位移光纤（DSF=DispersionShifledFiber），其零色散波长移位到损耗极低的1550nm处。这种光纤在有些国家，特别在日本被推广使用，我国京九干线上也有所采纳。

美国AT&T早期发现DSF的严重不足，在1550nm附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用。但在日本，将色散补偿技术*用于G.653单模光纤线路，仍可解决问题，而且未见有日本的G.655光纤，似属个谜。

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（=NonZeroDispersionShiftedFiber）。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。

主要区别

这些都是ITU给光纤规定的标准种类：

G.651是多模光纤。

G.652是常规单模光纤，零色散点在1300nm，此点色散最小；同时根据PMD又分为G.652A、B、C、D四种。

G.653是色散位移光纤（DSF），以1550nm为零色散点，原理是通过波导色散进行色散平移，使低损耗与零色散在同一工作波长上。但同时零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；如果有微量色散，FWM干扰反而会减小，针对这一现像，科学家们研制了一种新型光纤，NZ-DSF。

G.654光纤是超低损耗光纤，主要用于跨洋光缆，其纤芯是纯二氧化硅，而普通的光纤纤芯要掺锗。在1550nm附近的损耗最小，仅为0.185dB/km，但在此区域色散比较大，约17～20ps/〔nm*km〕，在1300nm波长区域色散则为零。

G.655光纤是非零色散位移光纤（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特点是1550nm的色散接近零，但不是零。是一种改进的色散位移光纤，以抑制四波混频。

G.656光纤是未来导向光纤，G656的工作波长明显增大，包括S，C和L波段（1460到1625nm）。

G.657光纤，国际电信联盟ITU-T于2006年12月发布了《接入网用弯曲损耗不敏感单模光纤和光缆的特性》的标准建议，即G.657光纤标准。G.657光纤划分成了A大类和B大类光纤，同时按照最小可弯曲半径的原则，将弯曲等级分为1，2，3三个等级，其中1对应10mm最小弯曲半径，2对应7.5mm最小弯曲半径，3对应5mm最小弯曲半径。结合这两个原则，将G.657光纤分为了四个子类，G.657.A1、G.657.A2、G.657.B2和G.657.B3。

区别：

1、单模传输距离远；

2、多模传输带宽大；

3、单模不会发生色散，质量可靠；

4、单模通常使用激光作为光源，贵，而多模通常用便宜的LED；

5、单模价格比较高；

6、多模价格便宜，近距离传输可以。

参数对比

从表中参数可以看出，两种光纤的衰减系数并没有太大差异，G.652光纤的色散系数在1550nm波长为18ps/nm*km，当传输10Gb/s的TDM和WDM系统时，为了增加中继距离，需要介入具有负色散系数的光纤进行色散补偿。G.655光纤1530-1560nm波长区色散通常为1.0-6ps/nm*km，传输相同的10Gb/s系统时，因色散很低，勿需采取色散补偿措施；但G.655光纤因在1550nm处色散较小，其非线性效应比G.652光纤大；G.652与G.655光纤的PMD建议指标相同，实际测试时，G.655光纤PMD指标小于G.652光纤。目前G.655光纤的价格较高，其市场价格约为G.652光纤的1倍。两种光纤的工程应用列于下表。

表中比较表明，对于传输2.5Gb/s的TDM和WDM系统，两种光纤均能满足。对于传输10Gb/s的TDM和WDM系统时，G.652光纤需采取色散补偿措施，并需要对已敷设的光缆进行PMD测试，在满足要求的前提下，才可开通基于10Gb/s的传输系统。G.655光纤不需频繁采取色散补偿措施，但光纤价格偏高。

研制历程

单模光纤

特性参数

①衰耗系数a：其规定与物理含义与多模光纤完全相同，在此不多叙述。

②色散系数D(λ)：我们已经知道，光纤的色散可以分为三大部分即模式色散、材料色散与波导色散。而对于单模光纤而言，由于实现了单模传输所以不存在模式色散的问题，故其色散主要表现为材料色散与波导色散（统称模内色散）。综合考虑单模光纤的材料色散与波导色散，统称色散系数。色散系数可以这样理解：每公里的光纤由于单位谱宽所引起的脉冲展宽值。因此，L公里光纤由色散引起的脉冲展宽值为：σ=δλ·D（λ）·L（2.17）其中：δλ为光源谱宽σ为根均方展宽值色散系数越小越好。光纤的色散系数越小，就意味着其带宽系数越大即传输容量越大。例如CCITT建议在波长1.31微米处单模光纤的色散系数应小于3.5ps/km.nm。经过计算，其带宽系数在25000MHz·km以上，是多模光纤的60多倍（多模光纤的带宽系数一般在1000MHz·km以下）。

③模场直径d：模场直径表征单模光纤集中光能量的程度。由于单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径（实际上基模光斑并没有明显的边界）。可以极其粗略地认为（很不严格的说法），模场直径d和单模光纤的纤芯直径相近。

④截止波长λc：我们知道，当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余的高次模全部截止。也就是说，除了光纤的参量如纤芯半径，数值孔径必须满足一定条件外，要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值，即λ≥λc，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。因此，截止波长λc的含义是，能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。也就是说，尽管其它条件皆满足，但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长，仍不可能实现单模传输。

⑤回损---ReturnLoss：反射损耗又称为回波损耗，它是指出光端，后向反射光相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。

单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为1310nm和1550nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反馈光器件）。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G.652，其线径为9微米。

光纤波长

1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。

1550nm波长的光在G.652光纤上传输时衰减因数很小，单纯从衰减因数考虑，1550nm波长的光在相同的光功率下传输的距离大于1310nm波长的光下的传输的距离，但是实际情况并非如此，单模光纤带宽B与色散因数D的关系为：B=132.5/（Dl*D*L）GHz

其中L为光纤的长度，Dl为谱线宽度，对于1550nm波长的光，其色散因数如表3为20ps/(nm.km)，假设其光谱宽度等于1nm，传输距离为L=50公里，则有：B=132.5/（D*L）GHz=132.5MHz

应用情况

由于现在的光纤多采用塑料做纤芯。成本已经很低了。例如市场上出售的四芯单模光纤就只有2～3元/米，而单模/多模光纤收发器的价格也在300～500之间。所以它的应用成本很低。

过去我们在建设网络时的传统观念是局域网只用双绞线，只有高速连接互联网时才用到光纤，有些企业或是厂矿局域网的范围很大，而且对网络稳定性要求更高，在这里我们就建议使用光纤了，使用光纤的成本不比使用达标的超五类双绞线高多少。而且不必担心雷击，不用考虑局域网的有效距离，大家可以在以后的工作中参考使用。

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单模光纤的芯线标称直径规格为（8～10）μm/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。

由于光纤的纤芯是石英玻璃的，极易弄断，因此在施工弯曲时，决不允许超过最小的弯曲半径。其次，光纤的抗拉强度比电缆小，因此在操作光缆时，不允许超过各种类型光缆抗拉强度。在光缆敷设好以后，在设备间和楼层配线间将光缆捆接在一起，然后才进行光纤连接。可以利用光纤端接装置(OUT)、光纤耦合器、光纤连接器面板来建立模组化的连接。当敷设光缆工作完成，以及在应有的位置上建立互连模组以后，就可以将光纤连接器加到光纤末端上，并建立光纤连接。

其他参见《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》GB/T50312－2000和《建筑及建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》CECS89:97中要求。