2.1光纖的基本概念2.2光在光纖中的傳輸原理2.3光纖傳輸特性2.4光纜第2章光纖光纜技術(shù)2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)

光纖是光纖通信系統(tǒng)中的重要部件，是光信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)。光纖的結(jié)構(gòu)是取決于它的應(yīng)用和傳輸特性而定的，通信中使用的光纖一般為圓柱形，下面我們將介紹通信用光纖的基本結(jié)構(gòu)。2.1光纖的基本概念

通信光纖結(jié)構(gòu)一般由纖芯、包層和涂覆層3部分組成，如圖2.1所示1.光纖的結(jié)構(gòu)：通信光纖結(jié)構(gòu)一般由纖芯、包層和涂覆層3部分組成，如圖2.1所示纖芯：纖芯位于光纖的中心部位。直徑

=4μm～50μm，單模光纖的纖芯為4μm～10μm，多模光纖的纖芯為50μm。包層：包層位于纖芯的周圍。包層直徑

=125μm，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度SiO2。涂覆層：光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層。

2光纖的折射率分布與光線的傳播 在光纖中，光線的傳播路徑和光纖纖芯和包層折射率的分布有關(guān)。圖2-3所示為兩種典型光纖的折射率分布情況。一種稱為階躍折射率光纖；另一種稱為漸變折射率光纖，如圖2.3（a）、（b）所示。階躍型光纖折射率分布 漸變性光纖折射率分布階躍型（均勻型）光纖的折射率分布圖2.3(a)圖是階躍型光纖拋面的折射率分布圖，其可用下面關(guān)系時表示： （2.1）其中

，

分別是光纖纖芯折射率和薄層折射率；a和b分別是光纖纖芯半徑和包層半徑。漸變光纖（非均勻型）的折射率分布：

（2.2）式中n(0)是r=0時纖芯中心的折射率；g是折射率分布指數(shù)，它取不同的值，折射率分布即不同；r是離開光纖中心的距離，a和b分別是光纖纖芯半徑和包層半徑；為相對折射率指數(shù)，

（2.3）通常

和

的值相差很小，也就是說

很小，我們將這種

很小的光纖叫做弱導(dǎo)光纖，在弱導(dǎo)光纖中相對折射率指數(shù)

可近視寫為：

（n1-

）/n1

（2.4）可見漸變(GI,GradedIndex)多模光纖折射率不像階躍多模光纖是個常數(shù)，而是在纖芯中心最大，沿徑向往外按拋物線形狀逐漸變小，直到包層變?yōu)?/p>

。光在階躍折射率光纖和漸變折射率光纖的傳播軌跡分別如圖2.4和圖2.5所示。圖2.4光在階躍折射率多模光纖中的傳播圖2.5光在漸變折射率多模光纖中的傳播從上面兩個圖可見，光線在階躍折射率光纖中的的傳布軌跡近視于折線，而在漸變折射率多模光纖中的傳播軌跡近視于正弦曲線。2.1.2光纖的分類下面我們僅討論按光纖截面的折射率分布和傳輸模式兩種情況進(jìn)行分類。1.按折射率分類

按照圖2.3，我們可恨據(jù)光纖橫截面折射率分布將光纖劃分為階躍型光纖和漸變型纖按傳輸模式分類2.按光纖內(nèi)部傳輸模的數(shù)量分類我們可將光纖分為多模光纖和單模光纖。多模光纖當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）遠(yuǎn)大于光波波長時（約1μm），光纖傳輸?shù)倪^程中會存在著幾十種乃至幾百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。如圖2.6所示。圖2.6光在階躍折射率光纖中的傳播

圖2.7光在單模光纖中的傳播軌跡 由于單模光纖具有大容量長距離的傳輸特性，在光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。針對單模光纖，ITU-T建議規(guī)范了G.652、G.653、G.654，G.655和G.657等單模光纖標(biāo)準(zhǔn)。單模光纖當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑

d1）較小，與光波長在同一數(shù)量級，如芯徑

d1在4μm～10μm范圍，這時，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。如圖2.7所示。2.2光在光纖中的傳輸原理

由于光具有波粒二象性，要研究光纖傳輸原理，我們可從這兩個角度入手來進(jìn)行研究。通常要詳細(xì)描述光纖傳輸原理，需要借助于光的粒子特性由求解麥克斯韋方程組導(dǎo)出的波動方程得到解答。但在極限(波數(shù)k=2π/λ非常大，波長λ→0)條件下，可以用幾何光學(xué)的射線方程作近似分析。幾何光學(xué)的方法比較直觀，容易理解，但并不十分嚴(yán)格。不管是射線方程還是波動方程，數(shù)學(xué)推演都比較復(fù)雜，我們只選取其中主要部分和有用的結(jié)果。2.2.1平面波在兩種介質(zhì)交界面的反射與折射1均勻平面波的一般概念:均勻平面波存在于均勻介質(zhì)中，其電場強度E的幅度相等、相位相同，磁場強度H的幅度也相等、相位也相同。電場強度E和磁場強度H的等幅面和等相面都位于與傳播方向垂直的無限大平面內(nèi)?；蛘哒f，這種波的等幅、等相位面是無限大的平面。如圖2.8 圖2.8沿正z軸方向傳播的均勻平面波 均勻平面波在均勻理想介質(zhì)中的傳播特性可通過以下3個參量來描述。分別是傳播速度v

，波阻抗Z和相位常數(shù)k。

傳播速度v：平面波的傳播速度是指在平面波的傳播方向上等相位面的傳播速度，故又稱為相速。其表達(dá)式為： （2．5）式中為介質(zhì)的介電系數(shù)，為介質(zhì)的導(dǎo)磁率。波阻抗Z：如圖2-4所示，電場強度僅有x分量，而磁場強度僅有y分量，電場和磁場之比所得到的Z具有阻抗的量綱，稱為波阻抗。其表達(dá)式為： （2.6）說明：自由空間波阻抗是指平面波在自由空間傳播時的波阻抗。其值為，其中

為自由空間的導(dǎo)磁率，為自由空間的介電系數(shù)。相位常數(shù)k：k代表了在單位長度上相位變化了多少，稱之為相位常數(shù)，也稱為波數(shù)。其表達(dá)式為： (2.7) 其中為角頻率，為光波在介質(zhì)中的波長。平面波在兩介質(zhì)交界面上的折射與反射如圖2.9，當(dāng)平面波在兩介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑r，會產(chǎn)生反射波和折射波。

圖2.9平面波的反射和折射斯奈耳(Snell)定律：斯奈耳定律說明反射波、折射波與入射波方向之間的關(guān)系。 -反射定律：=

(2.8) -折射定律：sin

=

sin

(2.9) 式中n代表介質(zhì)的折射指數(shù)，其值為。其物理意義是光在真空中的傳播速度

菲涅爾公式：菲涅爾公式表明反射波、折射波與入射波的復(fù)數(shù)振幅之間的關(guān)系。

反射系數(shù)R= (2.10) 折射系數(shù)T= (2.11)平面波可分成水平極化波和垂直極化波：電場矢量與分界面平行的平面波叫做水平極化波，磁場矢量與分界面平行的平面波叫做垂直極化波。平面波的全反射：根據(jù)Snell定律，當(dāng)光線通過兩介質(zhì)交界面時，如果，當(dāng)入射角達(dá)到某一值時，折射角剛好達(dá)到90度，這時在區(qū)域沒有折射光線，即光線不再進(jìn)入?yún)^(qū)域，而全部反射回

區(qū)域,我們把這種現(xiàn)象叫做全反射現(xiàn)象。發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件是:2.2.2.1階躍型光纖的導(dǎo)光原理 用射線理論（幾何光學(xué)）方法分析光纖傳輸原理，我們關(guān)注的問題主要是光束在光纖中傳播的空間分布和時間分布，并由此得到數(shù)值孔徑和時間延遲的概念。 按幾何光學(xué)射線理論，階躍光纖中的光線主要有子午射線和斜射線。

（a）階躍光纖中子午射線；（b）階躍光纖中斜射線2.2.2光纖的射線理論分析1數(shù)值孔徑

為簡便起見，以突變型多模光纖的子午光線為例，討論光纖的傳輸條件。設(shè)纖芯和包層折射率分別為

和

，空氣的折射率

=1，纖芯中心軸線與z軸一致，如圖2.9。圖

2.12突變型多模光纖的光線傳播原理根據(jù)斯奈爾(Snell)定律得到 sin=sin=cos (2.15) 當(dāng)θ=θc時，相應(yīng)的光線將以ψc入射到交界面，并沿交界面向前傳播(折射角為90°)，如光線2，當(dāng)θ>θc時，相應(yīng)的光線將在交界面折射進(jìn)入包層并逐漸消失，如光線3。由此可見，只有在半錐角為θ≤θc的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。根據(jù)這個傳播條件，定義臨界角θc的正弦為數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)。根據(jù)定義和斯奈爾定律 (2.16)式中Δ=(-)/為纖芯與包層相對折射率差。設(shè)Δ=0.01，

=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。 NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或θc)越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高。對于無損耗光纖，在θc內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能越好。 但NA越大經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。所以要根據(jù)實際使用場合，選擇適當(dāng)?shù)腘A。2時間延遲現(xiàn)在我們來觀察光線在光纖中的傳播時間。根據(jù)圖2.9，入射角為θ的光線在長度為L(ox)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(oy)，在θ很小的條件下，其傳播時間即時間延遲為 (2.18)式中c為真空中的光速. 這種時間延遲差在時域產(chǎn)生脈沖展寬，或稱為信號畸變。2.2.2.2漸變型光纖的導(dǎo)光原理漸變型多模光纖具有能減小脈沖展寬、增加帶寬的優(yōu)點。漸變型光纖折射率分布的普遍公式為:

(2.19)

式中，

和分別為纖芯中心和包層的折射率，r和a分別為徑向坐標(biāo)和纖芯半徑，Δ=(-)/為相對折射率差，g為折射率分布指數(shù)。1數(shù)值孔徑由于漸變型多模光纖折射率分布是徑向坐標(biāo)r的函數(shù)，纖芯各點數(shù)值孔徑不同，所以要定義局部數(shù)值孔徑NA(r)和最大數(shù)值孔徑Namax: (2.21) (2.22)我們也可以用NA表示光纖內(nèi)的功率密度即： (2.22)

用此公式原理我們可測量非均勻光纖的折射率指數(shù)分布，這也是近場測量法的原理。2漸變型多模光纖的光線軌跡射線方程的解用幾何光學(xué)方法分析漸變型多模光纖要求解射線方程，射線方程一般形式為 (2.23)式中，ρ為特定光線的位置矢量，s為從某一固定參考點起的光線長度。選用圓柱坐標(biāo)(r,φ，z)，把漸變型多模光纖的子午面(r-z)示于圖2.13。圖

2-13漸變型多模光纖的光線傳播原理 (2.25)

解2.25式，并經(jīng)適當(dāng)近似可得：

（2.30）

=cos(Az) (2.31)由此可見，漸變型多模光纖的光線軌跡是傳輸距離z的正弦函數(shù)，對于確定的光纖，其幅度的大小取決于入射角，其周期Λ=2π/A=2πa/，取決于光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)(a,Δ)，而與入射角無關(guān)。這說明不同入射角相應(yīng)的光線，雖然經(jīng)歷的路程不同，但是最終都會聚在P點上，見圖2.13，這種現(xiàn)象稱為自聚焦(SelfFocusing)效應(yīng)。

3漸變型多模光纖的時延特性

漸變型多模光纖具有自聚焦效應(yīng)，不僅不同入射角相應(yīng)的光線會聚在同一點上，而且這些光線的時間延遲也近似相等。這是因為光線傳播速度v(r)=c/n(r)(c為光速)，入射角大的光線經(jīng)歷的路程較長，但大部分路程遠(yuǎn)離中心軸線，n(r)較小，傳播速度較快，補償了較長的路程。入射角小的光線情況正相反，其路程較短，但速度較慢。所以這些光線的時間延遲近似相等。 如圖2.13，設(shè)在光線傳播軌跡上任意點(z,r)的速度為v(r)，其徑向分量 (2.32) 那么光線從O點到P點的時間延遲為

（2.33）

由圖2.12可以得到n(0)cos=n(r)cosθ=n()cos0，又v(r)=c/n(r)，利用這些條件，再把式(2.19)代入，式(2.33)就變成

(2.34)

和突變型多模光纖的處理相似，取

=θc(=a)和

=0(=0)的時間延遲差為Δτ，由式(2.34)得到

(2.35)設(shè)a=25μm，n(0)=1.5,Δ=0.01，由(2.35)計算得到的Δτ≈0.03ps。 雖然幾何光學(xué)的方法對光線在光纖中的傳播可以提供直觀的圖像，但對光纖的傳輸特性只能提供近似的結(jié)果。光波是電磁波，只有通過求解由麥克斯韋方程組導(dǎo)出的波動方程分析電磁場的分布(傳輸模式)的性質(zhì)，才能更準(zhǔn)確地獲得光纖的傳輸特性。2.2.3.1麥克斯韋方程及波動方程

考慮到的光纖的一些特性，光信號在光纖中傳輸?shù)柠溈怂鬼f方程可簡化為：2.2.3光纖傳輸?shù)牟▌永碚?/p>

(2.36)

考察輸入為單色光的情況，光纖中任一點上的光信號的場強分布可表示為

E(r,t)=E(r)exp(-jωt) (2.37a) H(r,t)=H(r)exp(-jωt) (2.37b)將上式代入式（2.36），并作適當(dāng)?shù)淖儞Q可得

(2.38)

實際使用的光纖一般是弱導(dǎo)光纖，即纖芯和包層的折射率非常接近，

在一個波長的空間范圍內(nèi)的變化非常緩慢，上式中的

可以忽略不計，則有

(2.39a) (2.39b)

其中，

=2π/λ，是自由空間波數(shù)，λ是波長，

是介質(zhì)的折射率。這就是描述光纖中光場分布的基本方程，稱為波動方程或亥姆霍茲方程。這是一個矢量方程，n只有在均勻介質(zhì)中才是常數(shù)。2.2.3.2均勻光纖中的標(biāo)量解我們知道，對通信用光纖，纖芯、包層折射率相差很小，Δ<<1。在這種情況下，纖芯、包層界面上全反射角的臨界角接近90°，光纖中導(dǎo)行波的射線幾乎是與光纖軸平行傳播的。這種波接近TEM波。電磁場的軸向分量很小，橫向分量占優(yōu)勢，該橫向場的極化方向在傳播過程中基本保持不變，橫向電場和磁場之間的關(guān)系可用波阻抗

來表示?，F(xiàn)在我們近似假定橫向場的極化方向保持不變，這樣就可用一個標(biāo)量來描述它，它將滿足標(biāo)量亥姆霍茲方程。由此我們可以通過解該橫向場的標(biāo)量亥姆霍茲方程求得解答。這種方法叫標(biāo)量近似分析法?？梢钥闯觯瑯?biāo)量近似分析法是以

≈

為前提的。下面我們將用標(biāo)量近似分析法推導(dǎo)出場方程、特征方程，介紹標(biāo)量解的模式分布，討論各模式的傳輸特性及光纖中的功率分布等。1標(biāo)量場方程

選橫向場的極化方向與y軸一致，即電場只有y分量，x分量為零，則式（2.39a）變?yōu)?/p>

(2.40) 解此方程并滿足纖芯、包層交界面上的邊界條件，就可得到光纖的標(biāo)量解。 將式（2.40）寫到圓柱坐標(biāo)系中，我們選用圓柱坐標(biāo)(r,φ，z)，使z軸與光纖中心軸線一致，如圖2.14所示。將式(2.40)在圓柱坐標(biāo)中展開:

(2.41)

圖

2-14光纖中的圓柱坐標(biāo) 根據(jù)光纖截面折射率分布的圓柱對稱性和軸向平移不變性，在以光纖軸線為軸的柱坐標(biāo)系統(tǒng)中，光纖中光場的分布應(yīng)有下列形式

(r,θ,z)=R(r)cosmθexp(-jβz) (2.42) 這里β是z方向的傳播常數(shù)，如果z方向有能量損失，則β是復(fù)數(shù)，虛數(shù)部分代表單位距離的損失，實數(shù)部分代表單位距離相位的傳播。將式（2.42）代入式（2.41），整理后得

(2.43)

可見，方程變成了只含有的二階常微分方程。式中，=2π/λ=2πf/c=ω/c，λ和f為光的波長和頻率,和分別是纖芯和包層的折射率。這樣就把分析光纖中的電磁場分布，歸結(jié)為求解二階常微分方程(2.43)。2均勻光纖（階躍光纖）的標(biāo)量解 對于均勻光纖，在設(shè)纖芯(0≤r≤a)的折射率n(r)=，包層(r≥a)折射率n(r)=，并且，這樣使得纖芯和包層中的場不一致。對于導(dǎo)波：

則在纖芯：，在包層中：

。

這樣方程2.43在纖芯中可化為標(biāo)準(zhǔn)的貝塞爾方程，在包層中可化為標(biāo)準(zhǔn)的虛宗量貝塞爾方程。為為求解方程(2.43)，我們引入無量綱參數(shù)u,w和V。

(2.44a) (2.44b) (2.44c)

其中u為導(dǎo)波在纖芯的徑向相位常數(shù)；w為導(dǎo)波在包層的徑向衰減常數(shù)；V為光纖的歸一化頻率。

利用前面的條件和參數(shù)，我們來分析式2.43方程的解。在纖芯內(nèi)，R(r)的解應(yīng)是貝塞爾函數(shù)的組合

(2.45)

其中，

為貝塞爾函數(shù)，

為聶曼函數(shù)。R(r)在纖芯處應(yīng)為駐波解，由于

(0)為無窮大，與場的實際情況不符，因此B為0。在包層內(nèi)，R(r)的解應(yīng)是修正貝塞爾函數(shù)的組合

(2.46) 其中，

和

分別為第一類和第二類修正的貝塞爾函數(shù)。R(r)在包層中隨r的增加應(yīng)減小，是衰減解，而

在r趨近無窮時也趨于無窮，所以C應(yīng)為0。于是R(r)可寫為

(2.47)

J與K兩種函數(shù)的曲線示于圖2.15中。圖2-15（a)貝賽爾函數(shù)；（b)修正的貝賽爾函數(shù)利用上式，光纖中

的表示式可寫成 （2.48）

在推導(dǎo)上式中利用了纖芯界面上的邊界條件，，簡化掉了一個常數(shù)。

橫向磁場只包含

分量，根據(jù)

可寫成 （2.49）

和如圖2.15所示，類似振幅衰減的正弦曲線，類

類似衰減的指數(shù)曲線。式2.48和2.49表明，光纖傳輸模式的電磁場分布和性質(zhì)取決于特征參數(shù)u、w和β的值。u和w決定纖芯和包層橫向(r)電磁場的分布，稱為橫向傳輸常數(shù)；β決定縱向(z)電磁場分布和傳輸性質(zhì)，所以稱為(縱向)傳輸常數(shù)。

同樣我們可從麥克斯韋方程，可求出

和

的表示式：

r<=a

(2.50a)

r>=a

(2.50b)

r<=a(2.51a) r>=a(2.51b)式中，k0=2π/λ，是自由空間波數(shù)，λ是波長，

是自由空間的波阻抗,

A為待定常數(shù)，由激勵條件確定。3均勻光纖的傳輸模式（1）標(biāo)量解的本征方程 要確定光纖中導(dǎo)波的特性，就需要確定u,w和β，這三個參數(shù)我們已在式2.44作了定義。

對于u,w和β三個變量，在式2.44中只有兩個方程，還需要找出另一個關(guān)系式，才能確定所有三個量，這個關(guān)系式就是特征方程。

在界面r=a處，根據(jù)邊界條件，有

，將邊界條件帶入2.50a和2.50b可得：

上式要在任意

值均成立，就要求方程兩邊含有sin(m+1)項和sin(m-1)

項的系數(shù)分別相等,于是可得： (2.52a)

大多數(shù)通信光纖的纖芯與包層相對折射率差Δ都很小(例如Δ<0.01)，因此有

≈

≈n和β=nk的近似條件。這種光纖稱為弱導(dǎo)光纖，對于弱導(dǎo)光纖沿z方向傳輸常數(shù)β滿足的本征方程可以簡化為:

(2.52b)

此即為均勻光纖弱導(dǎo)條件下的特征方程。（2）模的截止條件截止的概念：當(dāng)光纖中出現(xiàn)輻射模時，即認(rèn)為導(dǎo)波截止。 根據(jù)snell定律可推出導(dǎo)波傳輸常數(shù)變化范圍為

（2.53）當(dāng)

，這時處于全反射的臨界狀態(tài)，電磁能量已不能有效的封閉于纖芯中，而向包層輻射，這種狀態(tài)叫做導(dǎo)波截止的臨界狀態(tài)。當(dāng)

，輻射損耗將進(jìn)一步增大，光波能量不再有效的沿光纖軸向傳輸，這時即認(rèn)為出現(xiàn)了輻射模，導(dǎo)播處于截止?fàn)顟B(tài)。截止情況下的特征方程

由于

傳輸常數(shù)

是導(dǎo)波截止的臨界狀態(tài)，因此由2.44b截止時的歸一化徑向衰減常數(shù)為

:

根據(jù)特征方程2.52b，在

時，根據(jù)數(shù)學(xué)知識，特征方程中的

為：

可見無論m為何值，特征方程中2.52b的右邊均為0，這時我們就可得到在截止情況下，無論m為何值，都有 =0當(dāng)u0時，要讓上式成立，必須

=0 （2.54）此式即為截止時的特征方程。 截止時，w==0時，

=

，分別稱為歸一化截止頻率和歸一化截止相位常數(shù)。當(dāng)m=0時，

(

)=

(

)=0，可解出

==0，3.83171，7.01559，10.17347，…，這里是一階貝塞爾函數(shù)的第n-1個根，n=1,2,3,…。顯然，模的截止頻率為0，模的截止頻率為3.83171，這意味著當(dāng)歸一化頻率V小于3.83171時，模不能在光纖中傳輸，而

?？偸强梢栽诠饫w中傳輸?shù)?。?dāng)m≠0時，

(

)=0，可解出

=，它是m-1階貝塞爾函數(shù)的第n個根，n=1,2,3,…。對于m=1，

=

=2.40483，5.52008，8.65373，…。表2.1截止時較低階模的

值

根據(jù)前面的分析，當(dāng)光纖的歸一化頻率小于模的截止頻率時，光纖中將只有模能夠運行，我們將

(2.55)

稱為光纖的單模傳輸條件。因為歸一化頻率是工作波長和折射率分布的函數(shù)，當(dāng)光纖參數(shù)確定后，只有工作波長大于某一特定波長時，光纖才能實現(xiàn)單模傳輸。我們稱這個特定波長為光纖的截止波長，可表示為 （2.56）模遠(yuǎn)離截止時的解及其物理意義

從上面對模式截止條件的分析可以看出，在光纖中，隨著歸一化頻率V的增大，它所截止的模式的階數(shù)也增加，即傳播的模式增加?，F(xiàn)在我們分析另一種極端情況：遠(yuǎn)離截止時的情況。隨著光纖歸一化頻率的增加，導(dǎo)波的徑向歸一化衰減常數(shù)w越來越大，這意味著導(dǎo)波在包層中徑向衰減加快，導(dǎo)波能量往光纖纖芯中集中，當(dāng)V和w足夠大時，除靠近V的幾個高階模外，導(dǎo)波能量基本集中在光纖纖芯當(dāng)中。我們把這種狀態(tài)稱為遠(yuǎn)離截止的情況。 同樣方法我們可得到遠(yuǎn)離截止時的特征方程可簡化為

(u)=0 (2.57) 可見遠(yuǎn)離截止時的特征值是m階貝塞爾函數(shù)的根

（n=1,2,3,…）。表2.2中列出了

較低階的值。表2.2遠(yuǎn)離截止時模的u值 綜上所述，模的u值在截止時為m-1階貝塞爾函數(shù)的第n個根，在遠(yuǎn)離截止時為m階貝塞爾函數(shù)的第n個根，在一般情況下應(yīng)在這兩者之間變化。簡并模的討論

上面討論了沿y方向極化的LP模，并假定它沿圓周方向是cosmθ變化的。實際上還存在著與Ey垂直的x方向的極化場Ex。這兩種極化波又都有選取sinmθ和cosmθ的自由。盡管它們有形式上的差別，但在弱導(dǎo)近似下的傳播常數(shù)是相同的，可用同一組標(biāo)號m、n表征，統(tǒng)稱為

模，又稱之為簡并模。每一個

模一般有四重簡并。當(dāng)m=0時，sinmθ=0，

模只有兩重簡并。圖2.16給出了

模和

模的各種可能分布。

圖2.16和模電場的可能分布

由式（2.50）可知，

模在纖芯中的橫向電場分布為

（2.58）它沿圓周及半徑方向的分布規(guī)律分別為 （2.59） （2.60）

顯然，光場在圓周方向上的變化情況與m有關(guān)，當(dāng)m=0時 （2.61）

說明在圓周方向上無光場變化，在圓周方向上出現(xiàn)最大值的個數(shù)為0。當(dāng)m=1時 （2.62）

光場沿徑向的變化與n有關(guān)。下面以m=0為例加以說明。這時模的場沿徑向按零階貝塞爾函數(shù)的規(guī)律變化。在遠(yuǎn)離截止的情況下，對

模u

=

=2.40483，它沿徑向的變化規(guī)律為 （2.63） 在r=0處，R(0)=1；在r=a處，R(a)=0，它沿r的變化情況如圖2.17(a)所示。

圖2.17的電場強度徑向分布

2.2.2.3非均勻（漸變/梯度）光纖中的標(biāo)量解

非均勻光纖，也叫漸變型光纖或梯度光纖，其纖芯折射率指數(shù)分布如前面2.2所示，將其平方后如下：

其中g(shù)是指數(shù)，如g=2,即位典型的平方律分布。(2.15)1平方律型型折射率指數(shù)分布光纖的亥姆霍茲方程 由前面得到的亥姆霍茲方程為

在漸變光纖中，由于n（r）,即折射率指數(shù)是坐標(biāo)的函數(shù)，在直角坐標(biāo)系中，如用一場量來代表任一電場或磁場，并代入

則上述亥姆霍茲方程就變成一以為變量的標(biāo)量亥姆霍茲方程 （2.64）

為了分析方便，將上述方程在直角坐標(biāo)系中展開，并考慮到 ，則有 （2.65）此為關(guān)于x,y,z的二階偏微分方程。2平方律型型折射率指數(shù)分布光纖的亥姆霍茲方程的解用分離變量法，設(shè) （2.66）其中 分別是下面方程的解：

（2.67a）

（2.67b）且 （2.68） 方程2.67變?yōu)轫f伯方程，根據(jù)韋伯方程的性質(zhì)，我們可得到上述二方程的解 （2.69a）

（2.69b）

(2.70a） （2.70b） 式中，是常數(shù)，m,n是正整數(shù)，是赫米特多項式。這樣我們就求的標(biāo)量場的全解： （2.71）

式中，是常數(shù)，m,n是正整數(shù)，分別設(shè)關(guān)于x和y的m階和n階赫米特多項式。

3特征方程及其解 根據(jù)2.47式，讓纖芯的解和包層的解在纖芯和包層邊界上滿足下面關(guān)系

（2.72） 即可求得非均勻光纖的特征方程。由于其求解過程較復(fù)雜，這里就不再詳述。根據(jù)特征方程，我們可求的非均勻光纖的相位常數(shù)。對于在折射率指數(shù)為梯度分布時，如指數(shù)g=2,其為平方率分布，可解得： （2.73）

4模數(shù)量的討論

1)模式群的概念：將相位常數(shù)相同的模歸為一組，即叫做一個“模式群”，模式群的編號用P表示，其中P=m+n。在多模光纖中有多個模式群,其模式群的最大值為 （2.74）

2)總的模數(shù)量

由于模數(shù)量 （2.75） 所以 （2.76）

同樣可推得對于指數(shù)為g的梯度指數(shù)光纖，其最大模數(shù)量為

(2.77)對上式進(jìn)行以下討論：當(dāng)g=2時，其為平方率分布，此時；當(dāng)g=時，其為階躍指數(shù)分布，此時

3)非均勻光纖的單模工作條件和截止波長 經(jīng)過推導(dǎo)，對于非均勻光纖，如果他的折射率指數(shù)分布冪次為g,則單模的歸一化截止頻率為 (2.78)

單模傳輸條件為：

(2.79)

截止波長：

(2.80)

光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性和色散特性，另有機(jī)械特性和溫度特性。2.3.1光纖的損耗特性

光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強度逐漸減弱，光纖對光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗（或衰減）。光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。

光纖的衰減系數(shù)（

）是指光在單位長度光纖中傳輸時的衰耗量，單位一般用dB/km。它是描述光纖損耗的主要參數(shù)。

2.3光纖傳輸特性用公式表示為： (2.81)其中光纖出口的光功率，

是光纖入口的光功率，同樣是光纖在z處的光功率，是光纖在z=0處的光功率，衰減系數(shù)的單位是db/km.

圖2.18單模光纖損耗譜，示出各種損耗機(jī)理光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗等3種損耗。吸收損耗

光纖吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的損耗，包括紫外吸收、紅外吸收和雜質(zhì)吸收。

吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗

由于材料的不均勻使光信號向四面八方散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)缺陷散射產(chǎn)生的損耗與波長無關(guān)。

彎曲損耗

光纖的彎曲會引起輻射損耗。實際中，有兩種情況的彎曲：一種是曲率半徑比光纖直徑大得多的彎曲；一種是微彎曲。

決定光纖衰減系數(shù)的損耗主要是吸收損耗和散射損耗，彎曲損耗對光纖衰減系數(shù)的影響不大。

2.3.2光纖的色散特性2.3.2.1色散與脈沖展寬 光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散，如圖2-19所示。 色散對光纖傳輸系統(tǒng)的影響，在時域和頻域的表示方法不同。如果信號是模擬調(diào)制的，色散限制帶寬(Bandwith)；如果信號是數(shù)字脈沖，色散產(chǎn)生脈沖展寬(Pulsebroadening)。 色散一般用時延差來表示，所謂時延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時間之差。 圖2-19色散引起的脈沖展寬示意圖 色散通常用3dB光帶寬或脈沖展寬Δτ表示。用脈沖展寬表示時，光纖色散可以寫成 (2.82)式中、

、分別為模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散所引起的脈沖展寬的均方根值。2.3.2.2光纖色散分類及色散的表示 1各類色散的概念光纖的色散可分為材料色散、波導(dǎo)色散、模式色散、色度色散、偏振模色散等。材料色散 由于材料折射率隨光信號頻率的變化而不同，光信號不同頻率成分所對應(yīng)的群速度不同，由此引起的色散稱為材料色散。波導(dǎo)色散由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的色散稱為波導(dǎo)色散。其大小可以和材料色散相比擬，普通單模光纖在1.31μm處這兩個值基本相互抵消。

模式色散

多模光纖中不同模式的光束有不同的群速度，在傳輸過程中，不同模式的光束的時間延遲不同而產(chǎn)生的色散，稱模式色散。色度色散

由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時間延遲不同而產(chǎn)生色散稱為色度色散。色度色散包括材料色散和波導(dǎo)色散。偏振色散

由于光信號的兩個正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引起的色散稱偏振模色散（PMD）。

2色散的表示通常用時延差表示色散，下面我們來討論。時延 設(shè)有一單一載頻，攜帶一個調(diào)制信號，當(dāng)光波頻率很高，而調(diào)制信號帶寬相對較窄時，它在傳輸過程中的速度可用群速度

表示，則在單位時間內(nèi)所用的時間

叫做單位長度的時延，即

(2.83)

代入群速度

(2.84)式中，c為光在正空中的光速，為光波中心頻率。

時延差

不同速度的信號，傳輸相同的距離，所用時間是不同的，即存在時延差，這個時延差可用

表示。由于光源不是單色光，存在一點帶寬

，則單位帶寬上引起的時延差為

，那么由

引起的時延差為

(2.85)

代入2.51式中的

，并考慮

，將2.52整理后得到

(2.86)

從上式可見，時延差與信號源的相對帶寬

有關(guān)，相對帶寬越小，時延差越小，引起的色散也越小。 結(jié)論：時延并不代表色散的大小，色散的大小是用時延差

表示的，時延差越大，色散越大。時延差的單位為

。

2.3.2.3多模光纖的色散1多模階躍光纖的時延差

有前面光纖傳輸特性的光學(xué)分析，我們已得到多模階躍光纖的時延差為2.18式，即

（2.18）

從上式可見，對于多模階躍光纖，其色散與

有光，而弱導(dǎo)光纖中，

很小，所以弱導(dǎo)光纖可有效減少模式色散。

2多模漸變型光纖的色散 對于多模漸變型光纖，其纖芯折射率不同，所以其色散值也不同。要分析其色散特性，我們先求出其時延特性，再得到其時延差，即色散特性。由于其分析過程較繁瑣，我們只給出結(jié)果。時延特性由于漸變型光纖第p個模式群的相位常數(shù)

（2.87）式中：p為某一模式群，

為模式群的最大值，g為折射率分布指數(shù)。

將上式代入公式2.51，并整理后得 （2.88）

式中第一項與模式群p無關(guān)，因此它不代表模式色散；第二、三項均與模式群p有關(guān)，其引起模式色散。 在上式中，，為材料的群指數(shù)，它表征材料的特征。通常2.55式中的只與光纖的工作材料和頻率有關(guān)，是個很小的已知量，可忽略，所以群時延公式可簡化為 （2.89）

最大相對時延差

所謂相對時延差是指，各模式群對于p=0的模式群的時延差，而模式群的最大相對時延差是指模式群

與p=0的模式群之間的時延差，用

表示。

（2.90）

式中：

是當(dāng)p=

的模式群時延；

是當(dāng)p=0的模式群時延。由公式2.90可得

（2.91）

將上式代入2.57，可得漸變多模光纖的最大相對時延差為

（2.92）

討論：由2.58可見，模式群的最大相對時延差與漸變指數(shù)g有關(guān)，當(dāng)g=2時，

與

成正比，而當(dāng)

時，

僅與

成正比，由于

通常較小，只有1%左右，可見當(dāng)g=2,即折射率指數(shù)為平方率分布時，模式色散最小。因此折射率指數(shù)為平方率分布為多模漸變光纖的最佳指數(shù)分布。

2.3.2.4單模光纖的色散1單模光纖的一般色散 由于單模光纖中只有基模傳輸，因此不存在模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散。下面僅對纖芯折射率分布是均勻的階躍型光纖進(jìn)行分析。根據(jù)公式2.53，要得到，先得得到傳輸常數(shù)。 在前面分析中我們已經(jīng)定義了無量綱參數(shù)u,w和V （2.44a） （2.44b） （2.44c）

上三式中我們可將

用u,w和V表示，然后對

求關(guān)于

的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，將其代入公式2.53，經(jīng)過適當(dāng)近似和整理后得到單模階躍型光纖的色散公式為 （2.93） 式中：

（2.94）

從公式2.94可見，單模光纖的一般色散包括材料色散和波導(dǎo)色散，公式中的第一項為材料色散，第二項為波導(dǎo)色散。

2單模光纖中的極化色散雙折射現(xiàn)象 單模光纖中，有極化方向互相垂直的兩個基模

和，它們的電場各沿x,y方向極化。因而單模光纖中實際傳輸兩個模式。在完善光纖中，光纖的橫截面形狀及折射率指數(shù)分布是均勻兌成的，

和模的相位常數(shù)

相等，即這兩個模式是完全簡并的，但實際光纖總有某些程度的不完善，所以引起折射指數(shù)的各向異性，致使

和

模的簡并受到破壞，它們的相位常數(shù)

不相等，這種現(xiàn)象叫雙折射現(xiàn)象。

圖2.20偏振模色散雙折射對單模光纖傳輸特性的影響

如圖2.20,由于

和

模的不同，它們的相位常數(shù)

不同，將引起這兩個模式傳輸時間的不同步，而形成極化色散。

對于較長的較長長度的光纖，光纖的極化特性可用極化時延差

表示，其關(guān)系式為：

（2.95）

式中，

是平均PMD參數(shù)，單位是ps/

,典型值范圍是0.1到1.0。.

由于雙極化現(xiàn)象，光波的極化狀態(tài)沿光纖的長度而變化。

3碼間干擾（ISI） 色散將導(dǎo)致碼間干擾。由于各波長成分到達(dá)的時間先后不一致，因而使得光脈沖加長了（T+ΔT），這叫作脈沖展寬，如圖2.21。脈沖展寬將使前后光脈沖發(fā)生重疊，形成碼間干擾，碼間干擾將引起誤碼，因而限制了傳輸?shù)拇a速率和傳輸距離.

圖2.21碼間干擾

2.3.3光纖的其他特性 光纖的其他特性包括幾何特性、光學(xué)特性、熱特性、機(jī)械特性等。1光纖的幾何特性 光纖的幾何特性包括芯直徑、包層直徑、纖芯/包層同心度、不圓度和光纖翹曲度等。芯直徑:芯直徑主要是對多模光纖的要求。ITU-T規(guī)定，多模光纖的芯直徑為50±3μm。包層直徑:包層直徑指光纖的外徑，ITU-T規(guī)定，多模及單模光纖的包層直徑均要求為125±3μm。

纖芯/包層同心度和不圓度:纖芯/包層同心度是指纖芯在光纖內(nèi)所處的中心程度。目前光纖制造商已將纖芯/包層同心度從≤0.8μm的規(guī)格提高到≤0.5μm的規(guī)格。

不圓度包括芯徑的不圓度和包層的不圓度。 ITU-T規(guī)定，纖芯/包層同心度誤差≤6%（單模為＜1.0μm），芯徑不圓度≤6%，包層不圓度（包括單模）＜2%光纖翹曲度:光纖翹曲度指在特定長度光纖上測量到的彎曲度，可用曲率半徑來表示彎曲度。翹曲度（即曲率半徑）數(shù)值越大，意味著光纖越直。注：纖芯/包層同心度對接續(xù)損耗的影響最大，其次是翹曲度。

2光纖的光學(xué)特性 光纖的光學(xué)特性有折射率分布、最大理論數(shù)值孔徑、模場直徑及截至波長等。折射率分布 光纖折射率分布，可用下式表示：

(2.96) 其中，n1=n(0)纖芯最大折射率（r=0處），n2為包層折射率，a為芯半徑，r為離開纖芯中心的徑向距離，Δ為相對折射率差，Δ=(n1

?n2)/n1。

最大理論數(shù)值孔徑（NAmax）

最大理論數(shù)值孔徑的定義為：

（2.97）

其中，n1為階躍光纖均勻纖芯的折射率（梯度光纖為纖芯中心的最大折射率），n2為均勻包層的折射率。

光纖的數(shù)值孔徑（NA）對光源耦合效率、光纖損耗、彎曲的敏感性以及帶寬有著密切的關(guān)系，數(shù)值孔徑大，容易耦合，微彎敏感小，帶寬較窄。

模場直徑和有效面積

模場直徑是指描述單模光纖中光能集中程度的參量。有效面積與模場直徑的物理意義相同，通過模場直徑可以利用圓面積公式計算出有效面積。

模場直徑越小，通過光纖橫截面的能量密度就越大。當(dāng)通過光纖的能量密度過大時，會引起光纖的非線性效應(yīng)，造成光纖通信系統(tǒng)的光信噪比降低，影響系統(tǒng)性能。因此，對于傳輸光纖而言，模場直徑（或有效面積）越大越好。圖2.22所示為模場直徑示意圖。

圖2.22模場直徑截止波長

理論上的截止波長是單模光纖中光信號能以單模方式傳播的最小波長。

截止波長條件可以保證在最短光纜長度上單模傳輸，并且可以抑制高次模的產(chǎn)生或可以將產(chǎn)生的高次模噪聲功率代價減小到完全可以忽略的地步。

注：幾何特性、光學(xué)特性影響光纖的連接質(zhì)量，施工對它們不產(chǎn)生變化，而傳輸特性則相反，它不影響施工，但施工對傳輸特性將產(chǎn)生直接的影響。

3光纖的機(jī)械特性 光纖的機(jī)械特性主要包括耐側(cè)壓力、抗拉強度、彎曲以及扭絞性能等，使用者最關(guān)心的是抗拉強度。光纖的抗拉強度 光纖的抗拉強度很大程度上反映了光纖的制造水平。影響光纖抗拉強度的主要因素是光纖制造材料和制造工藝。 ①預(yù)制棒的質(zhì)量。②拉絲爐的加溫質(zhì)量和環(huán)境污染。 ③涂覆技術(shù)對質(zhì)量的影響。④機(jī)械損傷。

光纖斷裂分析存在氣泡、雜物的光纖，會在一定張力下斷裂，如圖2.23所示。

圖2.23光纖斷裂和應(yīng)力關(guān)系示意圖

光纖的壽命

習(xí)慣稱使用壽命，當(dāng)光纖損耗加大以致系統(tǒng)開通困難時，稱其已達(dá)到了使用壽命。從機(jī)械性能講，壽命指斷裂壽命。光纖的機(jī)械可靠性

一般來說，二氧化硅包層光纖的機(jī)械可靠性已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可。為了提高光纖的機(jī)械可靠性，在光纖的外包層中摻入二氧化鈦，從而增加網(wǎng)絡(luò)的壽命。

4光纖的溫度特性 光纖的溫度特性，是指在高、低溫條件下對光纖損耗的影響，一般是損耗增大。如圖2.24所示。

圖2.24光纖低溫特性曲線2.3.4光纖的國際標(biāo)準(zhǔn)

制訂光纖標(biāo)準(zhǔn)的國際組織主要有ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu))，即原CCITT(國際電報電話咨詢委員會)和IEC(國際電工委員會)。按照ITU-T標(biāo)準(zhǔn)，多模光纖只有G.651光纖，單模光纖從最初的G.652光纖發(fā)展到今天的G.657光纖，表3展示了單模光纖的種類與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展進(jìn)程。

標(biāo)準(zhǔn)號創(chuàng)立年份當(dāng)前實施版本即通過日期當(dāng)前實施版本劃分的光纖子類G.6521988第八版/2009-11A、B、C、DG.6531988第七版/2010-7A、BG.6541988第八版/2010-7A、B、CG.6551996第五版/2009-11A、B、C、D、EG.6562004第三版/2010-7-G.6572006第一版/2009-11A1和A2，B2和B3表3.單模光纖的種類與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展進(jìn)程1

G.651多模漸變型(GIF)光纖，這種光纖在光纖通信發(fā)展初期廣泛應(yīng)用于中小容量、中短距離的通信系統(tǒng)。

2007年7月，ITU-T發(fā)布了多模光纖新標(biāo)準(zhǔn)《用于光接入網(wǎng)的50/125μm梯度折射率分布多模光纖光纜特性》(G.651.1)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的光纖是眾所周知的G.651光纖的改進(jìn)型，打算用于光接入網(wǎng)系統(tǒng)或FTTx，在850nm波長1Gbit/s以太網(wǎng)系統(tǒng)傳輸鏈路長度達(dá)到550m。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的光纖保留了G.651的許多特性，但是，制造容差更加嚴(yán)格，傳輸特性的要求得到了大幅度提高，同時，也改善了柔韌性，易于FTTx環(huán)境的安裝。

2

G.652常規(guī)單模光纖，是第一代單模光纖，其特點是在波長1.31μm色散為零，系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制。目前世界上已敷設(shè)的光纖線路90%采用這種光纖。

這種光纖的缺點是，在零色散波長1.31μm損耗(0.4dB/km)不是最小值。在1.31μm光纖放大器投入使用之前，要實現(xiàn)長距離通信系統(tǒng)，只能采用電/光和光/電的中繼方式。

3

G.653色散移位光纖，是第二代單模光纖，其特點是在波長1.55μm色散為零，損耗又最小。這種光纖適用于大容量長距離通信系統(tǒng)，特別是20世紀(jì)80年代末期1.55μm分布反饋激光器(DFB-LD)研制成功，90年代初期1.55μm摻鉺光纖放大器(EDFA)投入應(yīng)用，突破通信距離受損耗的限制，進(jìn)一步提高了大容量長距離通信系統(tǒng)的水平。

G.653光纖是為了優(yōu)化1550nm窗口的色散性能而設(shè)計的，但它也可以用于1310nm窗口的傳輸。由于G.654光纖和G.655光纖的截止波長都大于1310nm，所以G.654光纖和G.655光纖不能用于1310nm窗口

4

G.6541.55μm損耗最小的單模光纖，其特點是在波長1.31μm色散為零，在1.55μm色散為17~20ps/(nm·km)，和常規(guī)單模光纖相同，但損耗更低，可達(dá)0.20dB/km以下。 這種光纖實際上是一種用于1.55μm改進(jìn)的常規(guī)單模光纖，目的是增加傳輸距離。此外還有色散補償光纖，其特點是在波長1.55μm具有大的負(fù)色散。這種光纖是針對波長1.31μm常規(guī)單模光纖通信系統(tǒng)的升級而設(shè)計的，因為當(dāng)這種系統(tǒng)要使摻鉺光纖放大器(EDFA)以增加傳輸距離時，必須把工作波長從1.31μm移到1.55μm。用色散補償光纖在波長1.55μm的負(fù)色散和常規(guī)單模光纖在1.55μm的正色散相互抵消，以獲得線路總色散為零損耗又最小的效果。G.654光纖主要應(yīng)用于海底光纖通信。

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G.655非零色散光纖，是一種改進(jìn)的色散移位光纖。由于G.653光纖的色散零點在1550nm附近，DWDM系統(tǒng)在零色散波長處工作易引起四波混頻效應(yīng)。為了避免該效應(yīng)，將色散零點的位置從1550nm附近移開一定波長數(shù)，使色散零點不在1550nm附近的DWDM工作波長范圍內(nèi)。這種光纖就是非零色散位移光纖（NDSF）。 在密集波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中，當(dāng)使用波長1.55μm色散為零的色散移位光纖時，由于復(fù)用信道多，信道間隔小，出現(xiàn)了一種稱為四波混頻的非線性效應(yīng)。這種效應(yīng)是由兩個或三個波長的傳輸光混合而產(chǎn)生的有害的頻率分量，它使信道間相互干擾。如果色散為零，四波混頻的干擾十分嚴(yán)重，如果有微量色散，四波混頻反而減小。

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G.656單模光纖：G.656光纖是用于寬帶傳輸?shù)姆橇闵⒐饫w，適用于DWDM系統(tǒng)S+C+L波段應(yīng)用的新型光纖，即在

S+C+L波段為非零色散的光纖。該標(biāo)準(zhǔn)將允許城域網(wǎng)范圍內(nèi)CWDM系統(tǒng)更方便的安裝，同時也將提高DWDM系統(tǒng)光纖的容量。

G.656光纖支持在N×10Gbit/s系統(tǒng)傳輸4000km以上，或者支持N×40Gbit/s系統(tǒng)傳輸400km以上的應(yīng)用。G.656光纖特別適合作為通道間隔100GHz、傳輸速率40Gbit/s、傳輸距離400km的DWDM或者CWDM系統(tǒng)的光傳輸介質(zhì)。

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G.657單模光纖：G.657單模光纖是為由于FTTx技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用而提出的。ITU-T第15研究組于2006-10-30—11-10在瑞士日內(nèi)瓦召開了SG152005—2008研究期第4次全會，這次全會除了對多項光纖光纜標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂之外，在光纖光纜標(biāo)準(zhǔn)方面最引人注目的成果就是通過了G.657新標(biāo)準(zhǔn)，該新標(biāo)準(zhǔn)為《CharacteristicsofaBendingLossInsensitiveSingleModeOpticalFibersandCablesfortheAccessNetwork》，可見各個國家都對FTTx市場充滿信心，并寄予厚望。2009年11月，ITU-T正式通過了G.657單模光纖標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.1光纜結(jié)構(gòu)1.光纜的結(jié)構(gòu) 光纜由纜芯、護(hù)層和加強芯組成。纜芯:

纜芯由光纖的芯數(shù)決定，可分為單芯型和多芯型兩種。護(hù)層:護(hù)層主要是對已成纜的光纖芯線起保護(hù)作用，避免受外界機(jī)械力和環(huán)境損壞。護(hù)層可分為內(nèi)護(hù)層（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外護(hù)層（多用鋁帶和聚乙烯組成的LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等）。加強芯:加強芯主要承受敷設(shè)安裝時所加的外力。

2.4光纜2各種典型結(jié)構(gòu)的光纜層絞式結(jié)構(gòu)光纜 把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強芯周圍絞合而構(gòu)成。層絞式結(jié)構(gòu)光纜類似傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)，故又稱之為古典光纜。 圖2.25～圖2.26所示是目前在市話中繼和長途線路上采用的幾種層絞式結(jié)構(gòu)光纜的示意圖（截面）。

圖2.256芯緊套層絞式光纜 圖2.2612芯松套層絞式直埋光纜

骨架式結(jié)構(gòu)光纜

骨架式結(jié)構(gòu)光纜是把緊套光纖或一次涂覆光纖放入加強芯周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。

骨架結(jié)構(gòu)有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增強基本單元型，圖2.27（b）為中心增加螺旋型結(jié)構(gòu)。目前，我國采用的骨架式結(jié)構(gòu)光纜，都是采用如圖2.2