光纤学习基础知识.doc

1. 简述光纤的组成。*光纤由两个基本部分组成：由透明的光学材料制成的芯和包层、涂敷层。2.描述光纤线路传输特性的基本参数有哪些？*包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。3.产生光纤衰减的原因有什么？*光纤的衰减是指在一根光纤的两个横截面间的光功率的减少，与波长有关。造成衰减的主要原因是散射、吸收以及由于连接器、接头造成的光损耗。4.光纤衰减系数是如何定义的？*用稳态中一根均匀光纤单位长度上的衰减（dB/km）来定义。5.插入损耗是什么？*是指光传输线路中插入光学部件（如插入连接器或耦合器）所引起的衰减。6.光纤的带宽与什么有关？*光纤的带宽指的是：在光纤的传递函数中，光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调制频率。光纤的带宽近似与其长度成反比，带宽长度的乘积是一常量。7.光纤的色散有几种？与什么有关？*光纤的色散是指一根光纤内群时延的展宽，包括模色散、材料色散及结构色散。取决于光源、光纤两者的特性。8.信号在光纤中传播的色散特性怎样描述？*可以用脉冲展宽、光纤的带宽、光纤的色散系数三个物理量来描述。9.什么是截止波长？*是指光纤中只能传导基模的最短波长。对于单模光纤，其截止波长必须短于传导光的波长。10.光纤的色散对光纤通信系统的性能会产生什么影响？*光纤的色散将使光脉冲在光纤中传输过程中发生展宽。影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。11.什么是背向散射法？*.背向散射法是一种沿光纤长度上测量衰减的方法。光纤中的光功率绝大部分为前向传播，但有很少部分朝发光器背向散射。在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线，从一端不仅能测量接入的均匀光纤的长度和衰减，而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。12.光时域反射计（OTDR）的测试原理是什么？有何功能？*OTDR基于光的背向散射与菲涅耳反射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。其主要指标参数包括：动态范围、灵敏度、分辨率、测量时间和盲区等。13.OTDR的盲区是指什么？对测试会有何影响？在实际测试中对盲区如何处理？*通常将诸如活动连接器、机械接头等特征点产生反射引起的OTDR接收端饱和而带来的一系列“盲点”称为盲区。光纤中的盲区分为事件盲区和衰减盲区两种：由于介入活动连接器而引起反射峰，从反射峰的起始点到接收器饱和峰值之间的长度距离，被称为事件盲区；光纤中由于介入活动连接器引起反射峰，从反射峰的起始点到可识别其他事件点之间的距离，被称为衰减盲区。对于OTDR来说，盲区越小越好。盲区会随着脉冲展宽的宽度的增加而增大，增加脉冲宽度虽然增加了测量长度，但也增大了测量盲区，所以，在测试光纤时，对OTDR附件的光纤和相邻事件点的测量要使用窄脉冲，而对光纤远端进行测量时要使用宽脉冲。14.OTDR能否测量不同类型的光纤？*如果使用单模OTDR模块对多模光纤进行测量，或使用一个多模OTDR模块对诸如芯径为62.5mm的单模光纤进行测量，光纤长度的测量结果不会受到影响，但诸如光纤损耗、光接头损耗、回波损耗的结果是不正确的。所以，在测量光纤时，一定要选择与被测光纤相匹配的OTDR进行测量，这样才能得到各项性能指标均正确的结果。15.常见光测试仪表中的“1310nm”或“1550nm”指的是什么？*指的是光信号的波长。光纤通信使用的波长范围处于近红外区，波长在800nm1700nm之间。常将其分为短波长波段和长波长波段，前者指850nm波长，后者指1310nm和1550nm。16.在目前商用光纤中，什么波长的光具有最小色散？什么波长的光具有具有最小损耗？*1310nm波长的光具有最小色散，1550nm波长的光具有最小损耗。17.根据光纤纤芯折射率的变化情况，光纤如何分类？*可分为阶跃光纤和渐变光纤。阶跃光纤带宽较窄，适用于小容量短距离通信；渐变光纤带宽较宽，适用于中、大容量通信。18.根据光纤中传输光波模式的不同，光纤如何分类？*可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤芯径约在110m之间，在给定的工作波长上，只传输单一基模，适于大容量长距离通信系统。多模光纤能传输多个模式的光波，芯径约在5060m之间，传输性能比单模光纤差。在传送复用保护的电流差动保护时，安装在变电站通信机房的光电转换装置与安装在主控室的保护装置之间多用多模光纤。19.阶跃折射率光纤的数值孔经(NA)有何意义？*数值孔经(NA)表示光纤的收光能力, NA越大，光纤收集光线能力越强。20.什么是单模光纤的双折射？*单模光纤中存在两个正交偏振模式,当光纤不完全园柱对称时,两个正交偏振模式并不是简并的,两个正交偏振的模折射率的差的绝对值即为双折射。21.最常见的光缆结构有几种？*有层绞式和骨架式两种。22.光缆主要由什么组成？*主要由：纤芯、光纤油膏、护套材料、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）等材料组成。23.光缆的铠装是指什么？*是指在特殊用途的光缆中（如海底光缆等）所使用的保护元件（通常为钢丝或钢带）。铠装都附在光缆的内护套上。24.光缆护套用什么材料？*光缆护套或护层通常由聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）材料构成，其作用是保护缆芯不受外界影响。25.列举在电力系统中应用的特殊光缆。*主要有三种特殊光缆：地线复合光缆（OPGW），光纤置于钢包铝绞结构的电力线内。OPGW光缆的应用，起到了地线和通信的双功能，有效地提高了电力杆塔的利用率。缠绕式光缆（GWWOP），在已有输电线路的地方，将这种光缆缠绕或悬挂在地线上。自承式光缆（ADSS），有很强的抗张能力，可直接挂在两座电力杆塔之间，其最大跨距可达1000m。26.OPGW光缆的应用结构有几种？*旋铝管结构；5) 单层不锈钢管结构( 中心不锈钢管结构、不锈钢管层绞结构)；6) 复合不锈钢管结构( 中心不锈钢管结构、不锈钢管层绞结构)。27.OPGW光缆缆芯外的绞线线材主要由什么组成？*以AA线(铝合金线) 和AS线材(铝包钢线)组成。28.要选择OPGW光缆型号，应具备的技术条件有哪些？*1) OPGW光缆的标称抗拉强度(RTS) (kN)；2) OPGW光缆的光纤芯数(SM)；3) 短路电流(kA)；4) 短路时间(s)；5) 温度范围()。29.光缆的弯曲程度是如何限制的？*光缆弯曲半径应不小于光缆外径的20倍，施工过程中（非静止状态）不小于光缆外径的30倍。30.在ADSS光缆工程中，需注意什么？*有三个关键技术：光缆机械设计、悬挂点的确定和配套金具的选择与安装。31.光缆金具主要有哪些？*光缆金具是指安装光缆使用的硬件，主要有：耐张线夹，悬垂线夹、防振器等。32.光纤连接器有两个最基本的性能参数，分别是什么？*光纤连接器俗称活接头.对于单纤连接器光性能方面的要求，重点是在介入损耗和回波损耗这两个最基本的性能参数上。33.常用的光纤连接器有几类？*按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类，按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各种型式；按连接器的插针端面可分为FC、PC（UPC）和APC。常用的光纤连接器：FCPC型光纤连接器、SC型光纤连接器，LC型光纤连接器。34.在光纤通信系统中，常见下列物品，请指出其名称。AFC、FC 型适配器 ST型适配器 SC型适配器FC/APC、FC/PC型连接器 SC型连接器 ST型连接器LC型跳线 MU型跳线 单模或多模跳线35.什么是光纤连接器的介入损耗（或称插入损耗）？*是指因连接器的介入而引起传输线路有效功率减小的量值，对于用户来说，该值越小越好。ITU-T规定其值应不大于0.5dB。36.什么是光纤连接器的回波损耗（或称反射衰减、回损、回程损耗）？*是衡量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个量度，其典型值应不小于25dB。37.发光二极管和半导体激光器发出的光最突出的差别是什么？*发光二极管产生的光是非相干光，频谱宽；激光器产生的光是相干光，频谱很窄。38.发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）的工作特性最明显的不同是什么？*LED没有阈值，LD则存在阈值，只有注入电流超过阈值后才会产生激光。39.单纵模半导体激光器常用的有哪两种？*DFB激光器和DBR激光器，二者均为分布反馈激光器，其光反馈是由光腔内的分布反馈布拉格光栅提供的。40.光接收器件主要有哪两种？*主要有光电二极管（PIN管）和雪崩光电二极管（APD）。41.光纤通信系统的噪声产生的因素有哪些？*有由于消光比不合格产生的噪声，光强度随机变化的噪声，时间抖动引起的噪声，接收机的点噪声和热噪声，光纤的模式噪声，色散导致的脉冲展宽产生的噪声，LD的模分配噪声，LD的频率啁啾产生的噪声以及反射产生的噪声。42.目前用于传输网建设的光纤主要有哪些？其主要特点是什么？*主要有三种，即G.652常规单模光纤、G.653色散位移单模光纤和G.655非零色散位移光纤。ITU-T光纤和光缆特性标准研究新进展New Progress on Standard Study for Optical Fiber and Cables by ITU-T国际电信联盟ITU-TSG15（第十五研究组）于2000年颁布了光纤标准最新版本后，在2001-2004年研究期的前几次会议上，又继续对G.650(2000)单模光纤相关参数的定义和试验方法、G.652(2000)单模光纤光缆特性、G.653(2000)色散位移单模光纤光缆特性、G.654(2000)截止波长位移型单模光纤光缆特性、G.655(2000)非零色散位移单模光纤光缆特性等建议提出修订文稿，2003年1月20日至31日在日内瓦召开的会议上，通过了G.652和G.655的修订文稿，G.650、G.653、G.654修订文稿将在今年10月和2004年5月通过。此外，该研究组又起草了一个新建议G.656宽带光传输用非零色散单模光纤和光缆特性（Characteristics of a fibre and cable with non-zero dispersion for wideband optical transport），该建议将在今年10月通过。本文主要介绍ITU-T光纤光缆特性建议最新研究进展情况，重点介绍G.652和G.655的修订内容。一、 ITU-T建议G.652(2003-01)1、G.652光纤的类别G.652类型光纤由2000年版本的三个类别进一步分为了G.652AG.652B、G.652C、G.652D四个类别，增加了G.652D。主要根据光纤支持的应用对PMD的要求和1383nm衰减的要求区分。G.652A光纤主要支持ITU-TG.957规定的SDH传输系统、G.691规定的带光放大的单通道直到STM-16的SDH传输系统，和对于G.693应用的直到40km的10Gbit/s以太网系统及STM-256。G.652B光纤主要支持更高速率例如在G.691和G.692传输系统中直到STM-64应用，在G.693和G.959.1中对于STM-256的某些应用。G.652C光纤（即波长段扩展的非色散位移单模光纤，又称为低水峰光纤）的属性与G.652A的属性是类似的，除了允许使用在1360nm-1530nm扩展波长范围外。G.652D光纤的属性与G.652B的属性是类似的，除了允许使用在1360nm-1530nm扩展波长范围外。2、光纤的主要技术指标G.652A、G.652B、G.652C、G.652D四个类别光纤的主要技术指标如表1、表2所列。为了便于与2000年版本的比较，表中同时给出了2000版本的主要技术指标。表1ITU-T G.652A、G.652B光纤和光缆的主要技术指标光纤属性属性G.652AG.652B2000版本2003-01修改2000版本2003-01修改1310nm模场直径，m(8.69.5)0.7(8.69.5)0.7(8.69.5)0.7(8.69.5)0.7包层直径，m125.01125.01125.01125.01芯同心度误差，m0.80.80.80.8包层不圆度，2222光缆截止波长，nm1260126012601260筛选应力，Gpa0.690.690.690.69宏弯衰减，dB37.5mm半径，100圈0.5（1550nm）30mm半径，100圈0.5（1550nm）37.5mm半径，100圈0.5（1550nm）0.5（16XXnm）见注130mm半径，100圈0.5（1550nm）0.5（1625nm）最小零色散波长min，nm1300130013001300最大零色散波长max，nm1324132413241324零色散波长最大斜率Smaxps/(nm2.km)0.0930.0930.0930.093未成缆光纤PMD系数，ps/km不规定见注2见注2见注2光缆属性1310nm衰减系数最大值，dB/km0.50.50.40.41550 nm衰减系数最大值，dB/km0.40.40.350.351625 nm衰减系数最大值，dB/km不要求0.416XXnm(XX25nm) 衰减系数最大值，dB/km不要求0.4PMD系数光缆段数M202020概率Q，0.010.010.01PMD系数链路设计最大值PMDQ，ps/km不规定0.50.50.2注1：2000版本，波长16XXnm为待定值。2003将波长16XXnm确定为1625nm。注2：对于特定光缆结构设计如果已经证明，未成缆光纤最大PMD系数某一数值能够满足 链路设计最大值PMDQ的要求，光缆制造者则可规定未成缆光纤最大PMD系数值。表2ITU-T G.652C、G.652D光纤的主要技术指标光纤属性参数G.652CG.652D2000版本2003-012000版本(无)2003-011310nm模场直径，m(8.69.5)0.7(8.69.5)0.7(8.69.5)0.7包层直径，m125.01125.01125.01芯同心度误差，m0.80.80.8包层不圆度，222光缆截止波长，nm126012601260筛选应力，Gpa0.690.690.69宏弯衰减，dB37.5mm半径，100圈0.5（1550nm）0.5（16XXnm）见注130mm半径，100圈0.5（1550nm）0.5（1625nm）30mm半径，100圈0.5（1550nm）0.5（1625nm）最小零色散波长min，nm130013001300最大零色散波长max，nm132413241324零色散波长最大斜率Smaxps/(nm2.km)0.0930.0930.093未成缆光纤PMD系数，ps/km见注2见注2见注2光缆属性1310nm衰减系数最大值，dB/km0.4不规定不规定yyyynm(见注3)哀减系数最大值，dB/km(13833)nm哀减系数最大值，dB/km见注4见注41550 nm衰减系数最大值，dB/km0.350.30.31625 nm衰减系数最大值，dB/km不规定不规定16XXnm(XX25nm) 衰减系数最大值，dB/km0.41310nm（见注5）-1625nm衰减系数最大值，dB/km未规定0.40.4PMD系数光缆段数M202020概率Q，0.010.010.01PMD系数链路设计最大值PMDQ，ps/km0.50.50.2（接表二）注1：2000版本，波长16XXnm为待定值。2003将波长16XXnm确定为1625nm。注2：对于特定光缆结构设计如果已经证明，未成缆光纤最大PMD系数某一数值能够满足链路设计最大值PMDQ的要求，光缆制造者则可规定未成缆光纤最大PMD系数值。注3：2000版本，波长yyyy的值为待定。2003版本，波长yyyy的值确定为（13833）nm。注4：在波长（13833）nm的抽验衰减平均值应不大于按照对于IEC 60793-2-50规定的单模光纤经过氢气老化试验后在1310nm的规定值。注5：波长区域能扩展到1260nm，导入的瑞利散射损耗相对于1310nm会增加0.07dB/km，这时光缆截止波长应不超过1250nm。（1）从表1、表2可知，G.652四个类别光纤的模场直径和容差、包层直径和容差、芯同心度误差、光缆截止波长、色散特性、筛选应力等指标都相同，而且2000年版本与2003都相同。（2）2003年版本将G.652A、G.652B、G.652C、G.652D光纤宏弯损耗的弯曲半径均改为30mm，因为G.652B、G.652C、G.652D光纤可以使用在L-波段，仅规定了1625nm波长宏弯损耗要求，删除了1550nm宏弯损耗要求。（3）2000年版本与2003版本对未成缆光纤PMD系数的指标都没作规定。2000年版本对G.652A成缆光纤没有规定链路PMD指标，2003年版本对G.652A、G.652B、G.652C、G.652D成缆光纤均规定了链路PMD指标。G.652A和G.652C光纤PMD系数链路设计最大值PMDQ为0.5ps/km，G.652B和G.652D光纤PMD系数链路设计最大值PMDQ为0.2ps/km。3、建议G.652的附录（1） 在建议G.652的2003年版本中只保留一个附录（链路属性和系统设计信息），删除了附录、附录（衰减谱模型和例子）和附录（关于PMD的统计信息）。（2） 录（链路属性和系统设计信息）主要内容介绍如下：附录的主要目的是给出链路属性和系统设计的参考。一个串接的光缆链路通常包含一些连接在一起的光缆制造长度。串接光缆链路的传输参数不仅要考虑单一光缆的性能，而且还必须考虑串接光缆链路的统计属性。这些属性包括光缆衰减系数、色散特性、非线性效应、链路PMD指标。链路属性主要受到诸如接头、连接器和安装的影响。这些因素在本建议中不能规定。为估计链路属性值，表3和表4（附录的表1和表2）分别给出串接光缆链路的代表值。表4中包含光纤引进的最大差分群时延是企图给出对在链路中可能有的其他光部件要求的指南。对系统设计所需参数的估计方法是基于测试、模型或其他考虑。表3 串接光缆链路的代表值（Table I.1/G.652(Representative value of concatenated optical fibre links)）衰减系数波长区域典型链路值1260nm-1360nm0.5dB/km1530nm-1565nm0.275dB/km1565nm-1625nm0.35dB/km 色散系数D155017ps/nm.kmS15500.056ps/nm2.km注：典型链路值是相应于在ITU T G.957和ITU-T G.691应用中的链路衰减系数。表4 差分群时延（Table I.2/G.652 Differential group delay）最大PMDQ（ps/km）链路长度（km）包含光纤引进最大DGD（ps）通道速率不规定Upto2.5Gbit/s0.540025.010 Gbit/s4019.010Gbit/s(Ethernet)27.540 Gbit/s0.20300019.010 Gbit/s807.040 Gbit/s0.10400012.010 Gbit/s4005.040 Gbit/s 注：表4中光缆段长除了对于0.10ps/km/4000km链路是25km外（概率是6.510-8）,其他都是10km。二、ITU-T建议G.655(2003-01)1、G.655光纤的类别G.655类型光纤由2000年版本的G.655A、G.655B两个类别进一步分为了G.655A、G.655B、G.655C三个类别。主要根据对PMD的要求和色散特性的要求区分。附录给出了传输距离和比特速率对PMD的不同要求。G.655A光纤主要支持ITU-TG.691、G.692、G.693和G.959.1应用，对于G.692应用，根据通道波长和规定的色散特性，限制最大的总注入功率，典型的最小通道间隔不小于200GHz。G.655B光纤主要支持ITU-TG.691、G.692、G.693和G.959.1应用，对于G.692应用的密集波分复用传输系统，根据通道波长和规定的色散特性，最大的总注入功率能比G.655A光纤容许的高，典型的最小通道间隔允许100GHz或更小。G.655C类别光纤的属性与G.655B类似，但它具有比G.655B光纤对PMD更严的要求，允许STM-64系统传输距离比400km长的更多和G.959.1 STM-256的应用。2、光纤的主要技术指标G.655A、G.655B、G.655C三个类别光纤的主要技术指标如表5、表6所列。为了便于与2000年版本的比较，表中同时给出了2000版本的主要技术指标。表5 ITU-TG.655A光纤的主要技术指标光纤属性参 数G.655A（2000版本）G.655A(2003-01)1550nm模场直径，m(811)0.7(811)0.7包层直径，m125.01125.01芯同心度误差，m0.80.8包层不圆度，22光缆截止波长，nm14801450筛选应力，Gpa0.690.69宏弯衰减，dB37.5mm半径，100圈0.5（1550nm）30mm半径，100圈0.5（1550nm）1530-1565nm波长范围色散特性minmax，nm153015651530&1565Dmin,ps/nm.km0.10.1Dmax,ps/nm.km6.06.0色散符号正或负正或负未成缆光纤PMD系数，ps/km不要求见注1光缆属性1550nm衰减系数最大值，dB/km0.350.351625 nm衰减系数最大值，dB/km不要求不要求PMD系数光缆段数M20概率Q，0.01PMD系数链路设计最大值PMDQ，ps/km不要求0.5注1：对于特定光缆结构设计如果已经证明，未成缆光纤最大PMD系数某一数值能够满足链路设计最大值PMDQ的要求，光缆制造者则可规定未成缆光纤最大PMD系数值。表6ITU-TG.655B和G.655C光纤的主要技术指标光纤属性参数G.655BG.655C2000版本2003-012000版本(无)2003-011550nm模场直径，m(811)0.7(811)0.7(811)0.7包层直径，m125.01125.01125.01芯同心度误差，m0.80.80.8包层不圆度，222光缆截止波长，nm148014501450筛选应力，Gpa0.690.690.69宏弯衰减，dB37.5mm半径，100圈0.5（1550nm）0.5（16XXnm）见注130mm半径，100圈0.5（1625nm）30mm半径，100圈0.5（1625nm）色散特性C波段minmax，nm 153015651530156515301565Dmin,ps/nm.km1.01.01.0Dmax,ps/nm.km10.010.010.0色散符号正或负正或负正或负Dmax-Dmin,ps/nm.km5.05.05.0L波段minmax，nm待定待定待定Dmin,ps/nm.km待定待定待定Dmax,ps/nm.km待定待定待定色散符号正正或负正或负未成缆光纤PMD系数，ps/km见注2见注2见注2光缆属性1550 nm衰减系数最大值，dB/km0.350.350.3516XXnm(XX25nm) 衰减系数最大值，dB/km0.401625 nm衰减系数最大值，dB/km0.400.40PMD系数光缆段数M202020概率Q，0.010.010.01PMD系数链路设计最大值PMDQ，ps/km0.50.50.2注1：2000版本，波长16XXnm为待定值。2003将波长16XXnm确定为1625nm。注2：对于特定光缆结构设计如果已经证明，未成缆光纤最大PMD系数某一数值能够满足链路设计最大值PMDQ的要求，光缆制造者则可规定未成缆光纤最大PMD系数值。（1）从表5、表6可知，G.655三个类别光纤的模场直径和容差、包层直径和容差、芯同心度误差、光缆截止波长、色散特性、筛选应力等指标都相同，而且2000年版本与2003都相同。光缆截止波长由1480nm改为1450nm。（2）建议G.655的2003年版本将G.655A、G.655B、G.655C光纤宏弯损耗的弯曲半径均改为30mm，因为G.655B、G.655C光纤可以使用在L-波段，仅规定了1625nm波长宏弯损耗要求，删除了1550nm宏弯损耗要求。（3）建议G.655的2000年版本与2003版本对未成缆光纤PMD系数的指标都没作规定。2000年版本对G.655A成缆光纤没有规定链路PMD指标，2003年版本对G.655A、G.655B、G.655C成缆光纤均规定了链路PMD指标。G.655A和G.655B光纤PMD系数链路设计最大值PMDQ为0.5ps/km，G.655C光纤PMD系数链路设计最大值PMDQ为0.2ps/km。3、建议G.655的附录（1） 在建议G.655的2003年版本中保留了原附录（链路属性和系统设计信