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單模光纖是指在給定的工作波長上只傳輸單一基模的光纖。由于單模光纖只傳輸基模,不存在模式色散,因此它具有相當寬的傳輸帶寬,使其適用于長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)。
1.單模光纖的結(jié)構(gòu)特點
為了保證單模傳輸,光纖的芯徑較小,一般其芯徑為4?10Mm。單模光纖纖芯的折射率分布一般要求為均勻分布設(shè)計,但是由于光纖制造過程中的某些不完善,纖芯折射率分布實際上是非均勻的。此外,為了制造的合理及改善光纖性能,單模光纖的包層折射率常是變化的。例如,為了降低光纖的損耗和色散,常在纖芯外加一層高純度、低損耗的內(nèi)包層。內(nèi)包層之外是外包層,構(gòu)成所謂的雙包層結(jié)構(gòu)。圖9.5給出了幾種不同的折射率分布形式。
單模光纖的主要特性參數(shù)有折射率分布、衰減系數(shù)、色散、截止波長、模場直徑等。折射率分布、衰減系數(shù)、色散特性前面已經(jīng)敘述,這里簡單談一下截止波長、模場直徑兩個參數(shù)。
(1)截止波長單模光纖的截止波長是指光纖的第一個高階模截止時的波長。只有當工作波長大于單模光纖的截止波長時,才能保證光纖工作在單模狀態(tài)。
(2)模場直徑單模光纖的模場直徑模場直徑是單模光纖所特有的一個重要參數(shù)。
單模光纖中的場并不完全幾種在纖芯中,而是有相當部分的能量在包層中傳輸。所以不能用纖芯的幾何尺寸作為單模光纖的特性參數(shù),而是用模場直徑作為描述單模光纖中光能集中程度的度量。
模場是光纖中基模的電場在空間的強度分布。模場直徑則是描述光纖中光功率沿光纖半徑的分布狀態(tài),即光纖中光能的集中程度。
3.單模光纖的偏振所謂單模光纖,實際上傳輸兩個相互正交的基模。在完善的光纖中,這兩個模式有相同的相位常數(shù),是互相兼并的。但實際光纖總帶有某種程度的不完善,例如纖芯的橢圓變形、光纖內(nèi)部的殘余應(yīng)力等。這些因素使畳兩正交基模的相位常數(shù)不相等。這種現(xiàn)象叫做光纖的雙折射。由于雙折射.兩模式的群速度不同,從而引起偏振色散。
由于雙折射的存在,將引起光波的偏振態(tài)沿光纖長度發(fā)生變化。
4.單模光纖的分類
按照國際電信聯(lián)盟電信標準化部門ITU-T的最新建議G.652、G.653,G.654、G.655、G.656,G.657,單模光纖可以分為6種:非色散位移單模光纖、色散位移單模光纖、截止波長位移單模光纖和非零色散位移單模光纖、寬帶光傳輸使用的非零色散單模光纖、用于接入網(wǎng)的低彎曲損耗不敏感單模光纖。
非色散位移單模光纖(也稱為G.652光纖)即常規(guī)單模光纖和低水峰單模光纖。常規(guī)單模光纖是最早實用的單模光纖,也是目前使用最廣泛的光纖。其性能特點是:在1310nm波長處的色散為零;在1550nm波長區(qū)有衰減系數(shù)最小,但具有最大色散系數(shù)。
低水峰單模光纖也稱為全波光纖,它幾乎消除了石英玻璃中OH離子引起的損耗峰。所以光纖具有長期的衰減穩(wěn)定性。其特點是:光纖可在1280?1625nm全波段進行傳輸;色散比較小。
色散位移單模光纖(也稱為G.653光纖)是通過改變光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)、折射率分布形狀來加大波導(dǎo)色散,將零色散點從1310nm位移到1550nm,實現(xiàn)1550nm波長區(qū)最低損耗和零色散波長一致。這種光纖適合于長距離高速率的單信道光纖通信系統(tǒng)。
截止波長位移單模光纖(也稱為G.654光纖)的零色散波長在1310nm附近,其截止波長移到了較長波長。光纖在1550nm波長區(qū)域損耗極小,最佳工作范圍為1500?1600nm。光纖抗彎曲性能好,主要用于無中繼的海底光纖通信系統(tǒng)。
非零色散位移單模光纖(也稱為G.655光纖)是為適應(yīng)波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)設(shè)計和制造的新型光纖。這種光纖是在色散位移單模光纖的基礎(chǔ)上通過改變折射率分布的方法使得光纖在1550nm波長色散不為零,且在1530-1565nm波長區(qū)具有小的色散?6ps/(nm•km)。這種光纖又可分為:非零色散位移單模光纖、低色散斜率非零色散位移單模光纖、大有效面積非零色散位移單模光纖。