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单模光纤和多模光纤的区别

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  • 发布时间:2016/4/6 16:57:58
  • 作者:量值溯源

  根据传输点模数的不同,光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器作为光源,多模光纤则采用发光二极管做光源。

光纤的发展

01单模光纤的发展

  20世纪70年代末,人们试图用研制成功的长寿命半导体激光器代替发光管光源,以获取更长的通信距离和更大的通信容量。可是,激光在多模光纤中传输时会发生模式噪声。为克服模式噪声,1980年成功研制出零色散点在1.31μm的单模光纤。国际电信联盟建议将这种单模光纤定义为G.652光纤。因为单模光纤的设计思想是只传输一个模式,所以不发生多模光纤中传输时所发生的模式噪声。因此20世纪80年代中期,由激光器光源和G.652光纤组成的140Mbit/S光纤通信系统,其中继距离和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称为电信业采用的主要通信方式。

02多模光纤的发展

  光纤通信的思想是由美籍华人高琨在1966年发表的论文《光频介质纤维表面波导》中提出用石英玻璃纤维传送光信号进行通信。在1970年英国邮电、贝尔实验室和康宁玻璃公司共同研制出世界第一根衰减系数为20dB/km的多模光纤。应该指出的是多模光纤作为光传输介质和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和传输速度的提高、传输距离的延长都与光纤的衰减、色散、非线性效应等紧密相关。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45Mbit/s,采用的是多模光纤。多模光纤自发明至今,始终是以想方设法减小衰减和模间色散、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,光纤的传输宽度得到了大幅度的提高。

两种光纤的特点

01单模光纤的特点

  中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm),只能传输一种模式的光。因此其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定度有较高的要求 。后来又发现在1.31μm波长处,单模光纤的材料色散和波导色散为一正一负,大小也正好相等。这就是说在1.31μm波长处,单模光纤的总色散为零,从光纤的损耗特性来看,1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口,这样1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口,也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。

单模光纤

单模光纤

  单模光纤中,模内色散是比特率的主要制约因素。由于其比较稳定,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1550nm处具有较高色散的光纤。使得光纤在1550nm附近的色散很小或为零,从而可以实现光纤在1550nm处具有更高的传输速率。

  单模传输设备所采用的光器件是LD,通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长,按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD,单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G.652,其线径为9μm。

02多模光纤的特点

  多模光纤中心玻璃芯较粗,可传输多种模式的光,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:600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了,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

多模光纤

  多模光纤中,模式色散和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,可限制模式色散而得到更高的模式带宽。

两者最主要区别

  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成本。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,城域网建设等。