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1、光纤与光缆的截止波长～教育资源库 一、概述 单模光纤,顾名思义,应当只能传输一种模式(基模LP01)的光,以便尽可能的为通信系统提供最大带宽。但这种行为取决于窗口的工作波长以及光纤的性能参数,如光纤的芯径以及芯、包层间的折射率的差值Δ。 截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。 理论分析表明,光纤中能够传播的模式数是有限的,只有满足全反射和相位一致条件的模式才能在光纤中传播,而其它模式则被截止。 实现单模传输条件是：归一化频率V小于其归一化截
2、止频率Vc(V≤Vc)。 α-折射率分布指数 对阶跃型多模光纤:α→∞,Vc=2.405 抛物型光纤:α=2,Vc=3.533 三角形折射率分布:α=1,Vc=4.379 对应的截止波长λc为： n1-芯折射率指数 a-芯径 Δ-相对折射率 理论截止波长对通信网络的设计,用途不大,因而国际标准化组织ITU、IEC和EIA都定义了实际截止波长的测定方法,给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的国际标准。 光纤截止波长一般由光纤制造商
3、测定。光缆截止波长与光纤截止波长有很强的关联性,另外还与光纤及光缆的类型,长度以及附加环有关。光缆截止波长实质上要比光纤截止波长低,对系统设计者而言,光缆截止波长更为有用。为避免模式噪音问题,光缆截止波长应低1250nm,这也是多数系统的最小工作波长。 二、截止波长的国际标准 根据ITU的推荐G.650,截止波长可定义为： 当光波长大于该波长时,高阶模全功率PLP11与基模全功率PLP01间的比率将降至0.1dB以下。 在此定义中,第一高阶模LP11,在截止波长处将衰耗掉19.3dB。 依据此定义,还分别给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λc
4、c的测试样品的采集标准光纤截止波长λc的测试样品： 一段2米长,未成缆光纤,中间绕一半径为140mm的圆环。 光缆截止波长λcc的测试样品： A)取一段长22米的光缆,其中两端各包1米长的未成缆光纤,为了模拟接头盒的效果,两端各绕制一个半径为40mm的圆环。 由于一般的光纤生产厂没有成缆的光纤,因而ITU,IEC和EIA提出另一种,可供光纤生产厂的测试样品的采集标准： B)一段长22米的未成缆光纤,将中间20米绕制成半径≥140mm的若干个圆环,两端仍然各含一个半径为40mm的圆环。 Bellcore文件GR-20提出了一种简便的测试样
5、品的采集标准: C)一段两米长的光纤,其中绕制两个半径40mm的圆环。 但是,这种测试方法仅对MCSM单模光纤,才能给出等值的结果。 三、测试结果的比较 文献中对两种未成缆MCSM光纤的光缆截止波长的测试方法进行了比较[测试样品的采集标准(B)和(C)]。测试样品选择了一些截止波长超过标准的光纤,以便发现最佳的映射图形。图1,给出了两个测试标准所得到的光纤与光缆截止波长的对应结果。 由两种未成缆光纤测试标准给出的结果所拟合的曲线非常吻合(22米未成缆光纤及Bellcore2米未成缆光纤)。这说明光纤样品的长度对光缆截止波长的测量结果,没有多大影响,至少对MCSM光纤是这样
6、的。 即使光纤的截止λc达到1330nm,但光缆截止波长仍然低于1250nm。在这些测试标准中,截止波长大约漂移100nm；大多数漂移是由于两种测试方法所定义的不同的弯曲所引起的(光纤是一个半径140mm的圆环,光缆的是二个40mm的圆环)。 我们对市场上G.655光纤的进行取样测试,也可发现同样的的变化趋势,光纤在成缆前后其截止波长有较大幅度的降低,只是G.655光纤,在成缆前后其截止波长降低幅度要大于G.652光纤,一般其漂移量都达到150nm以上,这就是说对G.655光纤而言,其光纤的截止波长达到1600nm,其光缆截止波长也可满足要求。 由于长飞公司是中
7、国最大的光纤与光缆的生产企业,具有齐全的光纤与光缆的检测手段；故光纤的截止波长是采用ITU推荐的G.650标准进行测试的,光缆的截止波长的测试是采用方法A。 四、截止波长的工艺控制 由截止波长的理论方程可知,光纤的截止波长与光纤的芯径的大小,相对折射率的高低及归一化频率有关,而归一化频率又与光纤的剖面结构有关。故光纤的截止波长的控制对不同类型的光纤具有不同的要求,对不同的制造工艺会采取不同的方法；具体而言,芯径越大,相对折射率越高则截止波长越高。对应力较大的预制棒
