[科普中国]-光纤带宽

光纤的带宽是一段光纤所能通过的最大调制频率脉冲的调制频率和光纤长度的乘积，是一个表征多模光纤光学特性的综合指标。

简介光纤带宽这个概念，是从频域观点来看的。亦即可把光纤看为一个传输网络系统，有一定带宽。从时域观点看，就对应于光纤的色散。

光纤的带宽是一段光纤所能通过的最大调制频率脉冲的调制频率和光纤长度的乘积，是一个表征多模光纤光学特性的综合指标，比如普通光缆的光发射器一般都是LED（发光二极管），要求光缆在850nm的至少要达到200MHz的带宽，OM3光缆的光发射器为VCSEL（垂直腔面发射激光器），要求光缆在850nm时要达到2000MHz。受到诸多因素的影响，如光源，耦合方式，波导结构，以及接收器性能等撇开其他的影响因素，对光纤本身而言，决定其带宽的本身因素是多模光纤的色散特性。考虑到单模光纤内光传输途径很少，模间色散较小，甚至可以忽略不计，与之相配的LD光发射器的激光色散较小，因此光纤的带宽仅限为多模光纤，单模光纤的传输带宽可以理解为是无限的，但是其本身对于插接件要求高，因此单模光缆一般作为长距离的通信的选择。

带宽分类当前运用的单模石英光纤，如G.652C，G.652D，已经基本消除氢损，它们的传输带宽，可以从1260nm到1675nm，共有415nm宽度。一般把这415nm宽度划分成O、E、S、C、L、U六个波段，具体划分方法如下；

初始(O)波段 1260nm-1360nm

扩展(E)波段 1360nm-1460nm

短(S)波段 1460nm-1530nm

常规(C)波段 1530nm-1565nm

长(L)波段 1565nm-1625nm

超常(U)波段 1625nm-1675nm

当前各国光纤通信大都运用在C与L波段，而且仅使用其中的一小部分，还有大部分频率未曾使用。

光纤带宽描述在很多光缆产品参数中，经常用到光纤带宽这个名词，而且使用MHz.km为单位。理论上，光缆的带宽可以做到无穷大，为什么还要有光纤带宽一说呢？单位不是常见的MHz而是MHz与长度km的乘积？

光纤带宽若用对数来表述，与上面对应，光纤带宽是指光纤的10㏒（H（f）-f关系曲线从其最大值下降3dB时的频率范围。

光纤带宽习惯上也用光接收机接收到的电功率来定义，由于光检测器输出电流的平方正比于被检测的光功率，所以用电参数表示时，就是6dB点的频率范围。

光纤带宽用兆赫和公里乘积MHz·km表示，

在多模光纤中，因模式变换作用，其模式带宽与光纤长度的Lγ成反比。γ为模式畸变带宽串接因数（或称模式带宽长度指数>，取值范围为0.5～0.9。

单模光纤无模间色散，带宽极宽，通常不用3dB光带宽，直接从时域范围以光源谱宽为lmn，传输1km的时延（ps/nm·km）来表示其色散大小。

光纤带宽越窄，在传数字信号时，信号被展宽得越宽，就会出现码元之间的重叠造成误码。为满足误码指标，只能加大码元间隔，就会造成通信容量减少。另一方面，光纤对脉冲展宽的程度随传输距离的增长而增加，为减少误码，传输距离亦不能长。1

影响因素影响光纤带宽的因素是光纤的色散，光纤的色散愈小，光纤的带宽愈宽。

光纤作为一种传输载体，其本身具有低重量、高带宽、长距离等优点。但是光纤的主要材料是二氧化硅，这和常见的玻璃是同一种材料，和真空相比，不同的波长、经过不同的传输路径，到达接收端时肯定会有时间差的，这个时间差带来的影响就是色散，雨后的彩虹也是这样的道理。多模光纤与单模光纤相比，具有较粗的纤芯直径，意味着光信号的传输途径比较多，带来的结果就是严重的模式色散，多模光纤的光发射器光波长较宽，色散比较严重，所以传输距离较近。单模光纤的纤芯直径较小，光信号的传输途径很少，模式色散较小，激光发射器的光纯度较高，因此传输距离较远。又考虑到多模光缆的传输距离和光发射器、插接件等光纤附件的低成本因素，在智能建筑的室内和短距离的室外应用中，多模光缆占据很大的比例。

光源所出射的能量耦合进入多模光纤的过程被成为光注入方式。一般分满注入和限模注入两种方式。当使用LED光源时是满注入的，也就是说光源出射光斑大小和多模光纤的纤芯大小是匹配的，这时脉冲在光纤内传输时将完全激发多模光纤的传导模式，能量集中于中间模式群，高阶模式群和低阶模式群的影响很小。而限模注入的时候，由于入射光斑只覆盖了部分纤芯，当其传导时，也只是激发了部分传导模式群。当入射光斑在纤芯不同位置时，所激发的模式群也就不同，导致模间色散的差别而使得传输光纤的带宽性能变化。因此布线工程师认为在限模注入时，必须确定入射的位置和角度，否则光纤支持的传输距离将发生变化。2

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学