【正文】 很多，最重要的參數有：光纖芯徑、光纖數值孔徑 NA 以及歸一化頻率。 1．光纖芯徑：這是光波導的幾何尺寸，一般說芯徑越大，集光效應越好，越有利于遠距離傳輸。然而，過大的芯徑也會帶來一些不利的影響，如增加成本，模式不容易控制等。 2．光纖的數 值孔徑：為了保證在光纖的芯包界面上能發(fā)生全反射，在光纖端面上的入射角必須小于孔徑角，即小于光纖的最大光接收角。這個最大的光接收角記作 max? 。光纖的數值孔徑 NA 定義為： ???? 2s in 12221m a x nnnNA ? （ ） NA 的物理意義表示光纖接收入射光的能力， NA 越大，表示接收有用光的本重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 領越大。 3．光纖中傳播的模式及歸一化頻率：光纖中傳播的模式就是光纖中存在的電磁場場形，或者說是光纖中存在的 光場場形。因為光波是一種頻率很高的電磁波。各種場形都是光波導中經過許許多多次的反射和干涉的結果。而且各種模式是不連續(xù)的離散的。 光纖中能夠存在（即能夠傳播）的模式不是無限多的，只能是既滿足全反射條件又能夠滿足相位一致條件的模式才能存在，而其它模式則被截止。設 Nmax為光纖中最大的模式數，它可表示為： ?? TVN 221max ??? （ ） 其中參數 V 定義為： ???? 2/2 102221 anknnaV ?? （ ） 這里 的 V 是光纖的重要參數之一，它一方面與波導寬度 a 成正比，被稱為歸一化波導寬度；另一方面又與 Ck /0 ?? （ C 為光速）成正比，因而又稱為歸一化頻率。 2． 4 光纖傳輸參數的測量 2． 4． 1 光纖衰減特性的測量 光纖衰減與波長密切相關。光纖衰減是表示光信號在光纖中傳輸時能量損失的一個重要的傳輸參數?？捎孟铝腥N方法來測量損耗：截斷法、插入法、向后散射法（ OTDR）。 截斷法是根據光纖衰減定義的測試方法。在穩(wěn)態(tài)注入條件下，首先測量整根光纖的輸 出光功率 )(2?P 。然后保持注入條件不變，在離注入端約 2m 處剪斷光纖，測量此段光纖輸出的光功率 )(1?P 。 由于 2m 光纖的衰減很小，可以忽略不計，因此 )(1?P 就是被測光纖的始端注入光功率，被測 光纖的衰減可按下式計算： dBPpA 21lg10)( ?? （ ） 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 插入法與截斷法的不同之 處在于，插入法用帶活動接頭的連接軟線代替短光纖進行參考測量。插入法測量過程如下： 首先將注入系統的光纖與接收系統的光纖連接，測出光功率 )(1?P 。然后將待測光纖連接注入系統和接收系統之間，測出光功率 )(2?P 。被測光纖段的總衰減 )(?A 可由下式計算： )(lg10)( 21021 dBcccPPA ????? （ ） 其中 c0、 c c2是連接器 0、連接器 連接器 2 的標稱平均損耗值（ dB）。不同的活動連接器，標稱平均損耗值不同。 向后散射法是通過光時域反射儀 OTDR （ Optical Time Domain Reflectometer）不剪斷光纖來測試光纖衰減的方法，此法測試重復性和精確度比剪斷法差。采用后向散射法測試某段光纖衰減，通常應對光纖分別進行雙方向測試，然后取平均值作為被測光纖的衰減，如圖 所示 [1] 圖 后向散射法測試光纖衰減裝置圖 后向散射法可以測 量光纖的全程總衰減，也可以用來檢查中繼段光纖全程的光學連續(xù)性，測量光纖任何兩點間的衰減和光纖接頭損耗及光纖故障點定位。向后散射法是光纜施工和維護中經常使用的一種測試手段，但向后散射法測試光纖衰減也有不足之處，主要是測量結果受光纖均勻性和光纖反射系數影響，還與操作者對 OTDR 的游標的正確定位密切相關。 2． 4． 2 光纖的基帶響應與帶寬 在光纖通信中，一般來說是利用信息的信號來調制光的強度來傳輸的。光纖對調制信號的響應稱為基帶響應，它是決定光纖傳輸容量的一個重要特性，基帶被測光纖 OTDR OTDR 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 響應既可用時域表示，也 可用頻域表示。前者是測脈沖響應經過數學換算得出光纖帶寬值；后者也稱為掃頻法，適合于中繼站間測試且精度較高。 時域法采用很窄的電脈沖調制光源，從而產生很窄的光脈沖。當滿足注入條件時，將此窄光脈沖耦合到被測多模光纖中。由于光纖的模間和模內存在時延，使得輸出光脈沖產生變形，展寬即可得到多模光纖的帶寬。這種方法又稱為脈沖變形法。 采用時域法時，將被調制的窄光脈沖輸入光纖，該脈沖在光纖中傳輸時被展寬。也就是說，用被調制光脈沖展寬的情況來描述光纖傳輸光脈沖的“能力”。顯然，在理想情況下，被傳輸的光脈沖應保持原來寬度。 采用頻域測量法時，用頻率連續(xù)變化的正弦信號調制激光器來研究光纖對不同頻率調制的光信號的傳輸能力。具體地說，就是先測出光纖傳輸已調制光波的頻率響應特性，然后，按一般方法求出光纖的帶寬。 帶寬測量方法分為頻域法和時域法。使用時域測量法可以同時測得幅度和相位響應。用頻域法只能測得幅度響應。 2． 4． 3 單模光纖的色散及測量 單模光纖色散測量有三類方法：相移法（正弦信號調制）、脈沖時延法（脈沖調制）和干涉法。其中相移法和脈沖時延法也分別稱為頻域法和時域法。 相移法是通過測量不同波長下同一正弦調制信號的 相移得出群時延與波長的關系，進而算出色散系數的一種方法。相移法的本質是通過比較光纖基帶調制信號在不同波長下的相位來確定色散特性。 測定不同波長的窄光脈沖經光纖傳輸后的時延差，可直接由定義式得出光纖的色散系數，這種方法稱為脈沖時延法。相移法屬于頻域測量，而脈沖時延法則屬時域測量。脈沖時延法的關鍵是極窄光脈沖的產生、探測和測量。為此，要求具有產生很窄脈沖的電脈沖發(fā)生器、高速響應探測器和高速取樣示波器。 用干涉法測單模光纖色散已經被 ITUT確認為色散測量的一種替代方法。這種方法的優(yōu)點是只需對幾米長的光纖進行測量 。如果整根光纖的色散是均勻的，則短光纖的測試結果可代表整根光纖；如果被測試光纖的色散沿軸向不均勻，則可以對短光纖的兩端分別測試，兩次測試結果的平均值就是整根光纖的色散值。重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 由于光學干涉法測量很精密，因此它還可以用來分析和考察溫度變化及微彎損耗對色散的影響。干涉法實際上就是采用邁克爾遜干涉儀的原理進行測量的。 2． 4． 4 偏振模色散測量 隨著光纖通信技術的發(fā)展，人們對光纖偏振模色散的研究工作越來越深入，這些都是因為 光纖的偏振模色散對超高速光纖數字系統的傳輸性能有著不可忽視的影響。目前廣大光纖、光纜生產廠家和電信用 戶都對光纖 PMD 作了較為深入的研究，同時參照 ITUT制定了相應的企業(yè)標準，納入了光纖性能指標的控制范圍。 國際電信聯盟電信標準化部門 ITUT G650（ 2020）和國際電工委員會標準IEC61941（ 1999）中介紹了單模光纖偏振模色散的定義和測量方法，規(guī)定了 PMD的基準測試方法即斯托克斯參數測定法，還有替代測試方法即偏振態(tài)法與干涉法。 ① .托克斯參數測定法 斯托克斯參數測定法是測量單模光纖 PMD 值的基準試驗方法，它的測試原理是在一波長范圍內以一定的波長間隔測量出輸出偏振態(tài)隨波長的變化，通過瓊斯矩陣本 征分析和計算，得到 PMD 的系數值 。 ② .偏振態(tài)法 偏振態(tài)法是測量單模光纖 PMD 的第 1 替代試驗方法，其測量原理是：對于固定的輸入偏振態(tài)，當注入光波長（頻率）變化時，在斯托克斯參數空間里邦加球上被測光纖輸出偏振態(tài)（ SOP）也會發(fā)生演變，它們環(huán)繞與主偏振態(tài)（ PSP）方向重合的軸旋轉，旋轉速度取決于 PMD 時延：時延越大，旋轉越快。通過測量相應角頻率變化 ⊿ ω 和邦加球上代表偏振態(tài)（ SOP）點的旋轉角度 ⊿ θ ，就可以計算出 PMD 時延 δτ ＝ |⊿ θ/ ⊿ ω| 。 偏振態(tài)法直接給出了被測試樣 PSP 間差分群時延（ DGD）與波長或時間的 函數關系，通過在時間或波長范圍內取平均值得到 PMD。 ③ .干涉法 由 干涉法測量速度快，目前市面上很多儀器生產廠家都以干涉法為測試原理生產測試設備，它們共同點就是設備體積小，動態(tài)范圍寬，重復性較好，很適合在現場使用。由于干涉法與偏振模耦合無關，適用于單盤短光纖和長光纖。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 干涉法就是介紹一種測量單模光纖和光纜的平均偏振模色散的方法。其測試原理為：當光纖一端用寬帶光源照明時，在輸出端測量電磁場的自相關函數或互相關函數，從而確定 PMD。在自相關型干涉儀表中，干涉圖具有一個相應于光源自相關的中心相干峰。測量值代表了在 測量波長范圍內的平均值。在 1310nm 或1550nm 窗口不同儀器都有一定的波長范圍 。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 3 光纜 3． 1 光纜特點 光導纖維是一種傳輸光束的細微而柔韌的媒質。光導纖維電纜由一捆纖維組成 ,簡稱為光纜 。 光纜是數據傳輸中最有效的一種傳輸介質 ,它 的優(yōu)點包括 : (1)頻帶較寬。 (2)電磁絕緣性能好。光纖電纜中傳輸的是光束 ,由于光束不受外界電磁干擾與影響 ,而且本身也不向外輻射信號 , 因此它適用于長距離的信息傳輸以及要求高度安全的場合。 (3)衰減較小?？梢哉f在較長距離和范圍 內信號是一個常數。 (4)中繼器的間隔較大 ,因此可以減少整個通道中繼器的數目 ,可降低成本。根據貝爾實驗室的測試 , 當數據的傳輸速率為 420Mbps且距離為 119公里無中繼器時 ,其誤碼率為 10—8,可見其傳輸質量很好。而同軸電纜和雙絞線每隔幾千米就需要接一個中繼器。 3． 2 光纜分類 1．按光纖狀態(tài) 光纖的二次被覆方式和光纖在光纜中的松緊自由狀態(tài)不同，可將光纜分為緊結構光纜 、 松結構光纜和半松半緊結構光纜。 2．按纜芯結構 按纜芯結構不同光纜分為中心管式 、 層絞式和骨架式三大類。 3．按敷設方式 按光纜敷設方式， 光纜可分為架空光纜 、 管道光纜 、 直埋光纜和水底光纜。 4．按光纜使用環(huán)境 按光纜使用環(huán)境又可將光纜分為室外光纜和室內光纜。 3． 3 光纜技術的發(fā)展特點 光纜的結構總是隨著光網絡的發(fā)展、使用環(huán)境的要求而發(fā)展的。新一代的全光網絡要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 維護、使用壽命更長等。近年來，光纜結構的發(fā)展可歸納為以下一些特點。 ，如干線網光纖、城域網光纖、接入網光纖、局域網光纖等，這決定了大范圍內光纜光纖傳輸特性的要求，具體運用的 條件還有可依據的細分的標準及指標 。 ，越來越多的與其施工方法、維護方法有關，必須統一考慮，配套設計 。 ，促進了光纜結構的改進 ， 使光纜性能有明顯改進。 不同的場合和不同的要求造成了光纜的多結構的發(fā)展趨勢，新的光纜結構以及在現有結構上不斷改進的各種結構也在不斷涌現，出現了 許多類型，包括： ① .“干纜芯 ”式光纜：所謂 “干纜芯 ”即區(qū)別于常用的填充管型的光纜纜芯。這種纜的阻水功能主要靠阻水帶、阻水紗和涂層組合來完成 。這種 光纜 具有方便，重量輕、易接續(xù)、易搬運，設備投資小、成本低，生產使用中干凈衛(wèi)生，在長期使用中還可減少纜芯中各種元件之間的相對移動 等優(yōu)點 。特別是在接入網室內纜和用戶纜中，好處更加明顯。 ② .生態(tài)光纜：一些公司從環(huán)境保護及阻燃性能的要求出發(fā)，開發(fā)了生態(tài)光纜，應用于室內、樓房及家庭。 ③ .海底光纜：海底光纜近年來有根快的發(fā)展，它要求長距離、低衰減的傳輸，而且要適應海底的環(huán)境，對抗水壓、抗氣損、抗拉伸、抗沖擊的要求都特別嚴格。 ④ .淺水光纜：淺水光纜是區(qū)別于海底光纜而提出來的另一類結構的水下光纜，適合于在海岸邊上 、淺水中安裝，無需中繼、通信距離比較短的水下（如島嶼間、沿海岸邊上的城市）敷設使用。這種光纜要求結構簡單、成本較低，易于安裝和運輸，便于修復和維護。 ⑤ .微型光纜：為了配合氣壓安裝（或水壓安裝）施工系統的運用，各種微型的光纜結構已在設計和使用中。對于氣壓安裝的微型光纜，要求光纜與管道之間有一定的系數，光纜重量要準確，具有一定的硬度等。這種微型光纜和自動安裝的方式是未來接入網，特別是用戶駐地網絡中綜合布線系統很有潛力的一種方式，如在智能建筑中運用的智能管道中就非常適合這種安裝。 ⑥ .采用了納米材料的光纜：采 用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命。 ⑦ .全介質自承式光纜（ ADSS）：全介質光纜對防止電磁影響及防雷電都有優(yōu)良的特性，而且重量輕、外徑小，架空使用非常方便，在 電力 通信網中已得到大量的應用。 ADSS 同時也是電信部門在對抗電磁干擾及雷暴日高的敷設環(huán)境中一種很好的光纜類型的選擇。 ⑧ .架空地線光纜（ OPGW）： OPGW 已出現了很長一段時間，近年來一直在改進和提高之中。 OPGW 的光纖單元中采用 PBT，于套管外面再加上一層不銹鋼管，有的還在塑料套管與不銹鋼管之間加上一層熱塑膠，不銹鋼管用激光焊接長度可達數十公里，光纖在這樣的多層保護管中得到了充分的機械保護。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 16 4 光纖通信系統 4． 1 光纖通信系統的基本構成 光纖通信是以光波為信號載頻，光線為傳輸介質的通信方式。光纖通信系統采用由多根光纖構成光纜作為傳輸線路。為了在光纖中以光的形式來傳送信號，分別在發(fā)送端裝有將電信號變換為光信號的光 發(fā)送機，在接受端裝有將光信號還原成電信號的光接收機。在傳輸過程中，光信號的中繼放大也要先變換為電信號，經放大后再變換為光信號，然后在線路中繼續(xù)傳輸。目前使用的光纖通信系統，普遍采用的是強度調制 — 直接檢波通信系統。所謂強度調制，是用信號電流去直接調制光源的光強，使之隨信號電流成線形變化；直接檢波是指信號直接在接收