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1、目 录摘 要1Abstract1引言11光纤的开展2222多模与单模光纤通信的原理3343两种光纤的特性44564单模光纤与多模光纤的应用6结语8参考文献8致谢9第 11 页多模光纤与单模光纤的优缺点与应用学生姓名：杨荣林 学号：20215040032单位：物理电子工程学院专业：物理学指导教师：张新伟 职称：讲师摘 要：光纤通信技术是指把光波作为信息传输的载波，以光纤作为信息传输的媒介，将信息进展点对点发送的现代通信方式。光纤通信技术的诞生及深入开展是信息通信史上一次重要的改革。光纤通信技术从理论提出到工程领域的技术实现，再到今天高速光纤通信的实现，前后经历了几十年的时间。本文对光纤通信的开展
2、以及单模光纤与多模光纤的特点及其应用进展了阐述。关键词：多模光纤；单模光纤；光纤通信The advantages and disadvantages of multimode and single-mode fiber and their application Abstract: Technology of optical fiber communication is the modern way of communication that it uses the light wave as the carrier of information transmission and inform
3、ation is transmitted from point to point by optical fiber regarded it as the medium.The birth and development of optical fiber communication technology is an important reform in the history of information communication. In this paper, the development of optical fiber communication and single-mode an
4、d multimode fiber characteristics and their application are discussed.Key words: Multimode optical fiber; Optical fiber; Optical fiber communication引言科学技术、工业、农业与国防现代化国际经济贸易中的人与人之间交流必然带来了全球性的海量信息交换。光纤通信以其通信容量大、中继距离长、抗电磁干扰等优点，己成为支撑全世界海量信息交换的最重要的技术支柱之一。光纤通信作为20世纪重要技术创造之一，己在国内外广泛应用了20多年。光纤通信正是以其通信容量大、中继
5、距离长、抗电磁干扰等优点替代了核心网、城域网的电缆通信，正在向着接入网的用户终端推进1。多模光纤是指可以传输多个模式的光纤。相对普通单模光纤而言，多模光纤具有更大的数值孔径与纤芯直径。同时，因为它的模式色散大而使其带宽远远低于单模光纤。但是，由于多模光纤对传输系统中器件的要求相对于单模光纤要低得多，因此，它存在着很大的开展潜力与空间。1光纤的开展 的单模光纤(非色散位移单模光纤)。国际电信联盟(ITU光纤通信系统2，其中继距离与传输容量远远超过同轴电缆从而使光纤通信逐渐取代铜缆成为电信业采用的主要通信方式。 光纤通信的思想是由美籍华人高锟在1966年发表的论文?光频介质纤维外表波导?中提出用石
6、英玻璃纤维(简称光纤)传送光信号进展通信。在 1970年英国邮电、贝尔实验室与康宁玻璃公司共同研制出世界第一根衰减系数为20的多模光纤3。应该指出的是多模光纤作为光传输介质与长寿命的半导体激光器作为光载波共同拉开了光纤通信研究的序幕。光纤通信中的传输容量的扩大与传输速度的提高、传输距离的延长都与光纤的衰减、色散、非线性效应等严密相关。光纤品种的推陈出新过程就是人们对光纤衰减、色散、非线性效应等性能在光纤通信系统中所扮演的重要作用的认识过程。1976年美国贝尔实验室在亚特兰大至华盛顿之间建立起了世界第一个实用化光纤通信系统，其传输速度为45，采用的是多模光纤。多模光纤自创造至今为至，始终是以想方
7、设法减小衰减与模间色散，进一步提高光纤的传输带宽为研究中心。最近几年，多模光纤的研究有了突变性进展，光纤的传输带宽得到了大幅度的提高。2多模与单模光纤通信的原理所谓光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输媒质实现信息传送，到达通信的目的的一种最新通信技术。因此，对光纤以及其传递信息的原理研究就十分重要了。首先，光纤实现信息的传送利用的是光的全反射原理，即当光从光密介质折射率高的介质摄入光疏介质时，折射角将大于入射角，当入射角大到一定程度，折射角将到达90此时的入射角称为全反射角。当入射角继续增大，此时将不发生折射现象，而安反射定理入射光全部被反射。这种现象就是全反射。要实现全反
8、射光纤要满足两个条件：一、光必须从光密介质射入光疏介质。二、入射角必须大于临界角。因此，一根实用光纤根本上有三局部组成，即折射率高的芯部，折射率较低的包层与与外面的涂覆层。光纤的分类方法有很多，但是，有一种十分重要的分类方法，就是按照光纤中的传导模的数目来分类，所谓模是指以一定角速度进入光纤的一束光。只能传导一种模式的光纤称单模光纤，而能传到多个模获成百上千个模式的光纤称为多模光纤。决定它能够传输模的数目的一个重要构造参数就是光纤的归一化频率，一般用表示，其定义为： 1 2这里是光在真空中的传播常数，是光波的频率，是真空中光速，是光纤芯半径，光纤芯中最大折射率，是外包层的折射率，是光纤芯中最大
9、相对折射率差。 光纤中传导模的数目与它的归一化频率有关，传导模的总数近似于： 3其中，是光纤的归一化频率，那么是光纤折射率分布的幂指数。例如对于抛物型光纤，那么传导模的总数为： 4对于阶跃多模光纤，这时传导模的总数为： 5只能传输一种模式的光纤称为多模光纤，单模光纤只能传送基模最低阶模，不存在模间时延差。因此单模光纤折射率分布幂指数对其带宽的影响远不如多模光纤大一般都采用阶跃型折射率分布。判断一根光纤是否是冷淡管线，主要看它的归一化频率的大小，光纤单模工作的条件是，它的归一化频率小于它的截止频率，所谓光纤的归一化截止频率是指光纤中次低阶模第二低阶模截止时的归一化频率。光纤折射率分布幂指数来计算
10、值的近似公式为： 6因此只要利用公式16就可以判断此光线为何种光纤。例如对于阶跃型单模光纤，所以，大于。因此满足单模光纤的传送条件4。3两种光纤的特性单模光纤(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITUT在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤5。单模光纤中，模内色散是比特率的主要制约因素。由于其比拟稳定，如果需要的话，可以通过增加一段一定长度的“色散补偿单模光纤来补偿色散。零色散补偿光纤就是使用一段有很大负色散系数的光纤，来补偿在1550处具有较高色散的光纤。使得光纤在1550附近的色散很小或为零，从而可以
11、实现光纤在1550处具有更高的传输速率。在单模光纤中，另一种色散现象是偏振模色散(PMD)，由于PMD是不稳定的，因而不能进展补偿。单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为850与1300两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFBLD(分布反应光器件)6。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。多模光纤(Multim)，可传多种模式的光。其发光器件为发光二极管。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600的光纤在2时那么只有300的带宽了7。因此，多模光纤传输的距离就比拟近，一般只有几公里。 多模光纤中，模式
12、色散与模内色散是影响带宽的主要因素。PCVD工艺能 够很好地控制折射率分布曲线，给出优秀的折射率分布曲线，对渐变型多模光纤(GIMM)，可限制模式色散而得到高的模式带宽。 而色层直径为125，其他较为普通的为50/125及100/1408。 相对于双绞线，多模光纤能够支持较长的传输距离，在l0及l00的以太网中多模光纤最长可支持2000米的传输距离，而于1于兆网中，多模光纤最高可支持550米的传输距离9。业界一般认为当传输距离超过295尺，电磁干扰非常严重，或频宽需要超过350MHz，那便应考虑采用多模光纤代替双绞线作为传输载体。，包层外直径125，包层外直径12510，这是光纤的最低损耗，波
13、长165以上的损耗趋向加大。由于 范围内都有损耗顶峰，这两个范围未能充分利用11。两者最主要的差异： 多模光纤多用于传输速率相对较低，传输距离相对较短的网络中，如局域网等，这类网络中通常具有节点多，接头多，弯路多，而且连接器、耦合器的用量大，单位光纤长度使用光源个数多等特点，使用多模光纤可以有效的降低网络本钱。单模光纤多用于传输距离长，传输速率相对较高的线路中，如长途干线传输，城域网建立等。例如表1为千兆以太网标准的各种型号单模与多模光纤的极限传输距离12：标准光纤类型光纤直径极限传输距离1000base-sx多模260m1000base-sx多模50525m1000base-lx多模550m
14、1000base-lx多模50550m1000base-lx单模93000m表1各种型号单模与多模光纤的极限传输距离.其中短波长光传输为1000Base-SX、长波长光传输为1000Base-LX。4单模光纤与多模光纤的应用 光纤通信技术在现代生活扮演的角色越来越重要，其应用在生活中随处可见，下面是第十一届亚运会彩色电视光缆传输网中单模光纤与多模光纤的应用。第十一届亚运会，是有史以来我国举行的第一次亚运会，亚运会一项很重要的工作是把现场的比赛盛况传送给亚运会新闻中心与国内外的亿万观众。根据亚运会筹委会的安排，要把亚运会11个场馆，13套比赛现场实况电视图像通过光缆网传到新闻中心电视墙，同时把中
15、央电视台送出的5套亚运现场实况节目，从1号卫星地面站，通过光缆传输到4号卫星地面站13。图1 亚运会彩色电视光缆传输网构造示意图由图可知，为保证系统的可靠性，网中设有迂回线路。最长传输线路为30千米左右14LD组件等。其中在一些网络特点为弯路多、节点多的区域使用多模光纤，因为弯路多损耗就大，节点多那么光功率分路就频繁，这都要求光纤内部有足够的光功率传输。多模光纤比单模光纤芯径粗，数值孔径大，能从光源耦合更多的光功率。网络中连接器、耦合器用量大，单模光纤无源器件比多模光纤贵，而且相对精细、允差小，操作不如多模器件方便可靠。单模光纤只能使用激光器LD作光源，其本钱比多模光纤使用的发光二极管LED高
16、很多。因此在例如新闻中心等网络中多模光纤用量比拟大。在此传输网络中最长传输距离为30千米，根据单模光纤的特性，在这些长途传输中用的是单模光纤，由于一根光纤需要传送多个视频信号，因此就需用到波分复用技术。波分复用技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源15。根据每一信道光波的频率(或波长)不同，将光纤的低损耗窗口划分成假设干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)，将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进展传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在
17、一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。正是光纤技术的合理搭配使用，充分发挥各自的优势，各种光端模块以及多模光纤与单模光纤的合理搭配是光线的传输性能到达最正确，为此次的亚运会的盛况直播提供了有力的保证。结语 光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一，在现在的信息 社会背景下得到了普遍意义上的应用，在全球通信领域及相关行业在全球处于非常低迷的状态时，光纤通信技术仍得到了一些开展。依照我国现行的通信技术领域的开展模式，光纤通信技术的应用必会代替一切其他的信息传送方式，而成为未来通信领域开展的主流技术，带着人类进入全光时代。参考文献：1 毛谦我国光纤通信技术开展的现状与前景J电信科学，200
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