单模光纤系统

只能传一种模式的光的系统

单模光纤只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。采用单模光纤的光纤通信称为单模光纤系统。单模光纤系统有许多独特的优点，如衰减比多模光纤低得多，带宽宽得多，可以在更长的距离传输更多的信息等。

单模光纤

单模光纤只能传一种模式的光。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性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

系统简介

采用单模光纤的光纤通信称为单模光纤系统。在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。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，也是现在实用单模光纤系统的主要工作波段。1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的。

系统组成

单模光纤系统的光路从光源驱动电路控制的光源、光纤、光活动连接器、光电检测器、到光接收机。

光源的选择

单模光纤通信系统对光源的要求很严格：第一，希望光源只有一种模式，而且要模式稳定性好；第二，要求光谱谱线密度窄；第三，光源发出的光功率大且稳定；第四，根据特殊场合需要，希望光源能够同时发出几个波长的光，便于波分复用技术的使用。

单模光纤系统的激光器主要采用动态单模激光器：(1)、解理耦合腔形(C3激光器)，其内部有长度分别为120um和135um，并且相互作用的耦合光波腔，这种激光器设计成只在两个腔都发生共振的单一波长上产生振荡。阀值电流比较小、模式稳定性好。(2)、分布式布拉格反射型(DBR)激光器和分布反馈型(DFB)激光器。这两种激光器内部设有衍射删，并且只有在当反射光栅中的布拉格条件得到满足的一种波长上产生频谱纯的振荡，激光器的模间间隔由衍射周期决定，同时通过控制衍射的周期控制振荡波长，使用方便，易集成。

损耗分析

单模光纤的损耗主要有三种：

固有损耗。是吸收损耗和瑞利散射损耗之和。原因：熔融掺杂石英的紫外吸收和红外吸收在1.3um处总数值为0.03dB/km，很小可不计。还有由杂质和OH-引起。

微弯损耗。由于光纤弯曲半径小，因此LP01导模到辐射模之间的功率耦合造成了微弯损耗。微弯损耗与模板尺寸的关系有关。

接头损耗：纤芯之间的轴向错位引起的。

连接器设计

单模光纤通信系统所采用的光纤连接器特别难制作。首先，单模光纤只有8um-10um，对准公差要求在1um之内，对准难。其次，菲涅尔反射损耗：光纤端面之间低折射率的空气空隙，产生菲涅尔反射，其典型值一般为0.3dB。所以需要一种匹配的凝胶或匹配液。

通信系统色散

由于单模光纤只传输一种模式，可以不受模式色散的影响。但一般激光器并非是单色的，对于不同的波长的传输速度不同，同时还存在材料色散和波导色散。

光电检测器

为了扩展传输距离，除了增大光发送器的光源功率外，主要还要提高检测器的灵敏度。单模光纤通信系统大都采用异质结雪崩光电二极管，它是在InP衬底上涂覆一层InGaAs，使InGaAs接收区和InP倍增区分开，保证了快速的光电响应。这是目前的单模光纤通信系统采用直接检波方式下使用的检测器。如果使用更加先进的外差式检波，大大提高了检测器的灵敏度，可以对好几个波分复用的光信号以很窄的频率间隔进行传输。

计算公式

系统增益和光路损耗计算

设备系统增益是指发送功率与接收功率之间相差值，即光缆在某中继段内允许的损耗值。定义为：设备系统增益 G=PT-PR (PT入纤光功率，以dBm为单位，PR接收机灵敏度)。

光纤损耗(L)包括光纤活动连接器损耗(L1)、熔接点损耗(L2)、系统余量(L余)，即

L=G-2L1-4L2-L余

如果在算上波分复用器和解复用器，总损耗为：

L总=L总纤+L复用+L解复+nL1+mL2+L余

其中:n为活动连接器数目

m为系统熔接点数目

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