多模光纤与单模光纤的优缺点与应用 2

列表得1Abstract1简介11光纤开发21.1单模光纤开发21.2多模式光纤开发22多模式和单模光纤通信原理32.1多模式光纤32.2单模光纤43两种光纤的特性43.1单模光纤的特性43.2多模式光纤功能53.3单模光纤与多模光纤的比较64单模光纤和多模光纤应用6结论8参考文献8审计9多模光纤和单模光纤的优缺点及应用学生名称：杨英林学号：20095040032单位：物理和电子工程专业：物理导师：张新伟职称：讲师要点：光波作为信息传输的载体，光纤作为信息传输的媒介，是在点对点传输信息的现代通信方式。光通信技术的诞生和深化发展是信息通信史上的重要改革。光通信技术经历了几十年的时间，从理论建议到工程领域的技术实现，再到今天高速光通信的实现。本文介绍了光通信的发展以及单模光纤和多模光纤的特性和应用。关键词：多模光纤；单模光纤；光通信the advantages and disadvantages of multimode and single-mode fiber and their applicationabstract : technology of optical fiber communications is the modern way of communication that it uses the light wave as the carrier of informationThe birth and development of optical fiber com Munication technology is an important reform in The history of information communication . in this papapskey words : multimode optical fiber；光学光纤；光学光纤通信(Optical fiber communication)引言在科学技术、工业、农业、国防现代化的国际经济贸易中，人与人之间的交流必然带来全球的大规模信息交换。光通信具有通信容量大、中继距离长、防止电磁干扰等优点，成为支持世界范围内大规模信息交换的最重要的技术支柱之一。光通信是20世纪重要的技术发明之一，已经在国内外广泛使用了20多年。光通信就是其通信容量大、中继距离长、电磁干扰防止的优点，取代了核心网络、大都会区域电缆通信，正在推进1作为接入网络的用户终端。多模式光纤是可以传输多种模式的光纤。多模光纤具有比普通单模光纤更大的数字孔径和芯径。同时，模式色散大，带宽比单模光纤低得多。但是，由于多模式光纤对传输系统中设备的要求比单模光纤低得多，因此有相当大的发展潜力和空间。1光纤开发1.1单模光纤的研制20世纪70年代末，有人试图开发成功的长寿命半导体激光器代替发光管光源，以获得更长的通信距离和更大的通信容量。但是，当激光在多模式光纤中传输时，会产生模式噪音。为了克服模式噪声，1980年成功开发了零色散点为1.31的单模光纤(非色散位移单模光纤)。Itu-t(国际电信联盟)建议将此单模光纤定义为G.652光纤。单模光纤的设计思想是只传输一种模式，因此在多模光纤中传输时不会发生模式噪声。因此，在20世纪80年代中期由激光光源和G.652光纤组成的140光通信系统2中，由于中继距离和传输容量远远超过同轴电缆，光纤通信逐渐被通信行业采用的主要通信方式取代。1.2多模光纤的发展网络通讯提议在1966年美国高技锝发表的论文光频介质纤维表面波导中用光信号进行通信。1970年，英国邮政和通信、贝尔研究所、康宁玻璃公司共同开发了世界上第一个衰退系数为20的多模式光纤3。应该指出，作为光传输介质，多模式光纤和寿命长的半导体激光器作为光载波一起打开了光通信研究的序幕。光通信中的传输容量扩展和传输速度提高、传输距离延长都与光纤的衰减、色散、非线性效应等密切相关。光纤品种的新过程是光纤衰减、色散、非线性效应等性能在光纤通信系统中扮演的重要角色的认识过程。1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建立了世界上第一个在华盛顿之间传输速度为45、使用多模式光纤的实用化光纤通信系统。多模光纤从发明到现在，一直以减少衰减和模式间色散，进一步增加光纤传输带宽的方法为研究中心。近年来，多模光纤的研究发生了急剧的变化，光纤的传输带宽大大提高。2多模式和单模光纤通信原理光波通信是利用光波作为载体传递信息，利用光纤作为传输介质实现信息传递，实现通信目的的最新通信技术。因此，对光纤及其传输原理的研究很重要。第一，光纤利用光的全反射原理传递信息。也就是说，当光从光密度介质(折射率高的介质)中摄取光塑性介质时，折射率大于入射角，入射角在一定程度上大于入射角，折射角为90的入射角称为总反射角。入射角持续增大时，不会发生折射，眼球反射定理入射光全部反射。这种现象就是上半场。要实现全反射光纤，必须满足两个条件。第一，光必须在光密度介质中发射光塑性介质。第二，入射角必须大于临界角。因此，一种实用的光纤基本上由三部分组成：折射率高的磁芯、折射率低的包层和外部涂层。对光纤进行分类的方法有多种，但根据光纤的传导模式数进行分类有很重要的分类方法。所谓“模式”是指以一定的角速度进入光纤的光束。仅传导一种模式的光纤称为单模光纤，能够将数百种模式传递到多个模块的光纤称为多模光纤。决定模式可以传输多少的重要结构参数是光纤的规格化频率，通常用表示，定义如下：(1)(2)这里真空中光的传播常数是光波的频率，真空中光的速度，光核心的半径，光核心中的最大折射率，外周层的折射率，光核心中的最大相对折射率差。2.1多模式光纤光纤的传导模式数与规格化频率相关，传导模式总数与以下内容类似：(3)其中是光纤的归一化频率，是光纤折射率分布的幂指数。例如，抛物线光纤的传导模式总数为：(4)对于阶跃多模式光纤，传导模式总数为：(5)2.2单模光纤只能传输一种模式的光纤称为多模式光纤，单模光纤只能传输基本模式(最低模式)，模式之间没有延迟差异。因此，单模光纤的折射率分布指数对带宽的影响远远小于多模光纤。通常，相位折射率分布为：判断光纤是否是漠不关心的管线主要是看标准化频率的大小，光纤在单模操作的条件是标准化频率小于切断频率，所谓光纤的规范化切断频率是指光纤中第二低阶模式(第二低阶模式)关闭时的规格化频率。使用已知光纤的折射率分布指数计算值的近似公式如下：(6)因此，通过公式(1)(6)，可以知道这束光线是什么样的光纤。例如，阶跃单模光纤的大小大于。因此，满足单模光纤的传输条件4。三种光纤的特性3.1单模光纤的特性单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径通常为9或10)，只能传输模式下的光源。因此，模式间的色散很小，适用于远程通信，但单模光纤对光源的光谱宽度和稳定性要求很高，即光谱宽度窄、稳定性好的材料色散和波导色散也仍然存在。后来发现，在1.31波长下，单模光纤的材料色散和波导色散从1到1，从1到1为负，大小完全相同。也就是说，在1.31波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31处正是光纤的低损耗窗口。这样，1.31波长区域成为光纤通信的理想操作窗口，也是当前实用光纤通信系统的主要操作频带。1.31一般单模光纤的主要参数由G652建议中的ITU-t确定，因此此光纤也称为G652光纤5。在单模光纤中，模式内的色散是比特率的主要限制因素。相对稳定，如有必要，可以添加一定长度的色散补偿单模光纤来补偿色散。零色散补偿光纤是具有很大负色散系数的光纤，用于补偿1550中具有高色散的光纤。如果在1550附近将光纤的色散设置为小或0，则1550将使光纤的传输速度更快。单模光纤中的另一种色散现象是由于PMD不稳定而无法补偿的偏振模式色散(PMD)。单模传输设备中使用的光设备是LD，通常可以按波长分为850和1300个波长，按输出功率分为普通LD、高输出LD、DFB-LD(分布式反馈光设备)6。用于单模光纤传输的光纤最普遍为G.652，其线路为9微米。3.2多模光纤的特性多模式光纤：中心玻璃核心更粗(50或62.5)，可以传输不同模式的光。发光元件是发光二极管。但是，模式之间的方差较大，数字信号传输频率受到限制，距离增加会进一步恶化。例如，600个光纤在2到300个带宽7。因此，多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。多模光纤中，模式色散和模式内色散是影响带宽的主要因素。PCVD过程可以很好地控制折射率分布曲线，提供良好的折射率分布曲线，并且对于渐变多模块光纤(GIMM)，可以限制模式分布以获得高模式带宽。默认情况下，有两条多模式光缆，其中一条用于渐变光缆，核心的折射系数为：即，正弦的周边最小，逐渐增加到中心点以减少信号的振动模式分布，而引导光缆的折射系数基本上是平均值，对于仅在彩色层表面突然减少的光缆，渐变光缆的带宽通常较低。网络应用最流行的多模式光缆为62.5/125、62.5/125，62.5/125的光缆核心直径为62.5，颜色层直径为125，其他典型光缆为50/125和100/1408。与扭曲对相比，传输距离更长，在l0和l00以太网上传输距离高达2000米，在1 GB网络上支持传输距离高达550米9。业界一般认为，如果传输距离超过295英尺，电磁干扰严重，或带宽需要超过350MHz，则建议使用多模式光纤代替双绞线作为传输托架。3.3单模光纤与多模光纤的比较多模光纤的芯径为50至62.5，包层外径125，单模光纤的芯直径为8.3，包层外径12510。光纤的工作波长为短波长0.85、长波长1.31和1.55。光纤损失通常随着波长的延长而减少，0.85的损失为2.5，1.31的损失为0.35，1.55的损失为0.20，这是光纤的最小损失，波长超过1.65的损失倾向增大。由于吸收作用，损失在0.90 1.30和1.34 1.52范围内达到了峰值，这两个范围未充分利用11。从80年代开始，倾向于使用单模光纤，长波长1.31最先使用。两者最大的区别是：多模式光纤主要用于传输速度较低、传输距离较短的网络(例如LAN等)，通常具有较多的节点、较多的连接器、较多的旁路、较多的连接器、耦合器、单位光纤长度的光源数等多模式光纤，可以有效地降低网络成本。单模光纤常用于传输距离长、传输速度相对高的线路，例如远距离干线传输、城域网建设等。例如，表1显示了千兆以太网标准的各种型号单模光纤和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多模式62.5260米1000base-sx多模式50525米1000base-lx多模式62.5550米1000base-lx多模式50550米1000base-lx单一模式93000米表1单模光纤和多模光纤各种模型的极限传输距离。其中短波长光传输为1000Base-SX，长波长光传输为1000Base-LX。4单模光纤和多模光纤应用光纤通信技术在现代生活中扮演着越来越重要的角色，其应用在生活中随处可见，其次是单模光纤及多模光纤在第十一届亚运会彩色电视光纤传输网络中的应用。第十一届亚运会是历届我国举行的第一次亚运会中最重要的活动，是向亚运会新闻中心和国内外众多观众盛况传递当地比赛。根据亚运会筹备委员会的安排，亚运会11个场所、13个比赛现场实况电视影像将通过光缆转播到新闻中心电