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光纤光缆基础知识培训网络规划设计部传输专业组 李莉2010年12月 1 2 光纤的基本理论 3 主要内容 光纤的结构和几何光学理论光纤的制造和光缆的构造光纤的传输性能光缆的种类光缆线路设计规范 4 光纤应用的网络层次 4 5 光纤是一种高度透明的玻璃丝 由纯石英经复杂的工艺拉制而成 光纤 中心部分 芯Core 同心圆状包裹层 包层Clad 涂覆层特点 ncore nclad 光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射 并在光纤中传递下去 光纤的结构和分类 6 光纤的结构和分类 光纤的结构 纤芯 折射率较高 用来传送光 包层 折射率较低 形成波导效应 与纤芯形成全反射 涂覆层 保护套 强度大 能承受较大冲击 保护光纤 7 纤芯 高透明材料 包层 高透明材料 涂敷层 保护层 包层折射率略小于纤芯 材料 高纯度SiO2掺杂纤芯 GeO2 SiO2 P2O5 SiO2包层 B2O3 SiO2 8 按光纤横截面的折射率分布分类按光纤中的传导模式数量分类按光纤构成的原材料分类按光纤的套塑层分类 光纤的分类 9 按光纤横截面的折射率分布 两种基本类型 阶跃光纤渐变光纤 纤芯折射率分布均匀 边界突变纤芯折射率连续变化 不同的折射率分布 传输特性完全不同 光纤的分类 10 实际上 按照光纤截面折射率分布详细分 阶跃型光纤渐变光纤梯度型光纤 多模光纤 双包层 W型 三角分布 色散位移光纤 DSFG 653 非零色散位移光纤 NZ DSFG 655 光纤的分类 11 按光纤中的传导模式数量分类 单模光纤传输单一模式 基模2a 4 10 m2b 125 m适用于 长距离 大容量的光纤通信系统 多模光纤传输多个传导模式2a 50 62 5 m2b 125 m适用于 中距离 中容量的光纤通信系统 光纤的分类 12 按光纤中的传导模式数量分类 续 单模光纤 多模光纤 相对概念 取决于工作波长 光纤截面折射率分布 结构参数 光纤的分类 光纤确定后 工作波长大于截止波长时 为单模光纤 13 1 阶跃多模光纤 芯径 2a 50 m 62 5 m包层直径 2b 125 m 常用光纤 14 常用光纤 2 渐变折射率多模光纤 芯径 2a 50 m 62 5 m包层直径 2b 125 m 15 常用光纤 3 单模光纤 普通 芯径 2a 10 m包层直径 2b 125 m 16 纤芯和包层都用石英作为基本材料 折射率差通过在纤芯和包层进行不同的掺杂来实现 纤芯掺入Ge和P 折射率 包层掺入B 折射率 光缆的构造和制作过程 石英系光纤 17 主要内容 光纤的结构和几何光学理论光纤的制造和光缆的构造光纤的传输性能光缆的种类光缆线路设计规范 18 光纤光缆的制作 用气相沉积法制作具有所需折射率分布的预制棒 典型预制棒长1m 直径2cm 使用精密馈送机构将预制棒以合适的速度送入炉中加热成缆 光缆 19 光纤拉丝装置示意图 20 拉丝与涂覆 光纤的制造和光缆的构造 光纤的选择 松套管的制造 缆芯的制造 护套的制造 充油 绞合 扎纱 收线 油膏填充 钢 铝纵包 挤塑 冷却 牵引 收线 挤塑 冷却 冷却 外径检测 收线 着色 光缆生产工艺 21 22 实际中 需要成缆保护实用 要求 承受力稳定可靠 光纤的制造和光缆的构造 光缆的构造 23 结构 缆芯外护层加强件 类型 室外室内特种 光纤的制造和光缆的构造 中心管式层绞式骨架式 多用途分支互连 海底电力野战军用 24 光纤的制造和光缆的构造 光缆中各种材料的作用 25 优质光纤和材料是确保 光缆具有良好传输和机械性能的基础 25 26 光纤与松套管的色谱标识 识别用全色谱 26 光缆基本结构特点 27 根据缆芯形状和纤芯数不同 光缆可以分为三种基本结构 光缆基本结构 层绞式 中心管式 骨架式 光纤位于中心管的中心 若干根松套管绕中心加强件形成缆芯 光纤带放置在骨架槽内 容纳光纤芯数 12芯 144芯 144芯 720芯 几十上百至数千芯 27 28 中心管式光缆 特点 1 光缆横截面小 重量轻 2 松套管位于光缆物理中心 有利于光缆弯曲 3 松套管中充有防潮油膏 确保防潮和纵向不渗水 4 光缆中光纤芯数少 最大为12芯 5 光缆中光纤余长不易控制 28 29 层绞式光缆 特点 1 光缆结构复杂2 纤芯数选择范围大 2 288芯3 光缆制造工艺步骤多 29 30 光纤带光缆 特点 1 光缆纤芯密度高 解决管道拥挤问题 2 缩短光纤的接续时间 3 光纤易于识别 连接错误少 30 31 主要内容 光纤的结构和几何光学理论光纤的制造和光缆的构造光纤的传输性能光缆的种类光缆线路设计规范 32 光纤传输性能之一 巨大的带宽 容量 32 33 光纤的工作带宽与衰减谱 第1窗口 第2窗口 第5窗口 第3窗口 第4窗口 33 34 光纤传输性能 衰减 距离 34 35 光纤衰减 衰减系数 单位长度光纤引起的光功率衰减 10log P出 P入 是和波长有关的系数 对光纤质量的评定和光纤通信系统的中继距离的确定起着十分重要的作用 35 36 吸收衰减 散射衰减 光纤弯曲衰减和接头衰减 材料固有吸收 杂质吸收 瑞利散射 光纤结构不完善散射 紫外吸收 红外吸收 氢氧根吸收 过渡金属离子吸收 光纤衰减 衰减的来源 36 37 光纤传输性能之三 色散 速率与距离 37 38 色散分为 色度色散和偏振模色散色度色散 模式色散 材料色散 波导色散 38 39 光纤色散 高速系统色散受限的中继跨距 LC r c B2D其中 r 色散指数 B 信道速率 D色散 色度色散系数D 指光源谱宽和单位长度光纤的色度色散 其单位是ps nm km 零色散波长 0 当波导色散与材料色散在某个波长互相抵消 使总的色度色散趋近于零时 该波长即为零色散波长 零色散斜率S0 在零色散波长 0处色散系数随波长变化的斜率即为S0 39 传输媒质分类 色散系数 ps nm km 正色散系数G 655光纤 波长 nm 负色散系数G 655光纤 1550 1310 17 1 1550nm波长区具有最小色散和衰减 2 应用 TrueWave真波光纤 正色散区的SPM效应有利于传输 LEAF 大有效面积光纤 克服非线性效应 G 652光纤 大量铺设 传高速信号需色散补偿 G 653光纤 1550nm波长区混频严重 不适合DWDM 654 截止波长移位的单模光纤 654 截止波长移位的单模光纤 654 截止波长移位的单模光纤 40 2020 2 6 41 多模光纤 工作波长为850nm的LAN用的多模光纤 G652光纤 最佳工作波长为1310nm的单模光纤 G652A G652B 标准光纤 G652C G652D 低水峰 全波 光纤 G653光纤 零色散波长在1 55 m窗口的单模光纤 G654光纤 截止波长在1500nm的海底应用单模光纤 又称为最低衰减单模光纤 G655光纤 在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色散位移单模光纤 称为非零色散位移光纤 G655A 单信道光纤 1995 G655B G655C DWDM光纤 2000 10 2003 1 G656光纤 使用于DWDM系统S C L波带的非零色散位移光纤 2003 10提出 2004 5通过 光纤种类 42 43 色散补偿光纤通过调整光纤芯折射率分布制造出高负色散光纤 300ps nm km 即色散补偿光纤来补偿光纤线路中的正色散的方法 具体补偿原理 DS LS DC LC 01 特点 小芯径 大负色散 品质因素衡量补偿能力 色散 损耗 2 应用形式 线性无源器件 理论上可以光纤线路如何位置 但是实际上主要用在接收机侧 在10Gbit s以上的DWDM系统广泛应用 色散的补偿方法 距离 色散 43 44 光纤传输性能之四 PMD 速率与距离 44 45 45 46 PMD的成因 内在因素 几何尺寸 应力 46 47 解决PMD的方法 内因提高光纤的几何尺寸的制造精度外因1 减少光缆布放的各种机械应力作用 2 注意光缆工作环境温度的变化 47 48 光纤传输性能之五 非线性效应 容量与距离 48 49 光纤性能和效应分类1 线性效应 效应的增加与光纤长度的增加成正比 如色散 衰减 2 非线性效应 效应的增加与光纤的信号强度增加成正比 光纤的单位面积上的光功率 如四波混频 散射 光纤非线性效应 49 50 主要内容 光纤的结构和几何光学理论光纤的制造和光缆的构造光纤的传输性能光缆的种类光缆线路设计规范 51 传输距离 传输容量 光纤性能和品种的演进 G 651 G 652 G 653 G 655 G 656 G 654 G 657 减小模间色散 零色散位移 截止零色散位移 产生非零色散 降低色散斜率 减小弯曲半径 51 52 光纤种类 52 53 光纤选用技术建议 53 54 1 蝶形入户光纤光缆 俗称皮线光缆 8字缆 FTTH用户引入线蝶形光缆中含1 4根有涂覆层的二氧化硅系光纤 其类别可以为ITU TG 657 B6 光纤涂覆层可着色 着色层颜色符合GB6995 2规定的蓝 橙 绿 棕 灰 白 红 黑 黄 紫 粉红或青绿色 单纤可为本色 2 光缆中的加强构件可为高强度不锈钢钢丝或磷化钢丝的金属加强构件 也可为聚酯芳纶丝或其它合适的纤维束的非金属加强构件 光缆的加强构件为2根 平行对称于光缆中 蝶形入户光缆 54 55 3 室内外两用蝶形光缆有良好的抗渗水能力 光缆护套以内的所有间隙具有有效的阻水措施 在铝带和普通蝶形光缆之间设有阻水层 阻水层材料可以是吸水膨胀带或阻水纱 也可以是热熔胶 或间隔设置阻水环 4 光缆护套表面会印有运营商字样 供应商名称 产品型号 光纤型号 制造年份 计米长度 蝶形入户光缆 55 56 蝶形光缆结构 56 57 蝶形光缆产品型号 57 58 蝶形光缆机械特性指标 58 59 蝶形入户光缆在设计中的应用要点 1 蝶形光缆主要用于用户室内多媒体信息箱至楼道光分配箱 内置分光器 过渡盒 光缆接头盒和电信光交之间的布放和连接 2 蝶形光缆分室内 室 内 外两种 在做具体设计方案时应考虑不同应用场景 一般情况下 室外仍采用普通光缆 GYTA G 652D 室内用室内型蝶形光缆 两者通过分纤盒或接头盒过渡 只有在一些特殊情况下 如在别墅建设时期未预埋接头盒 方可考虑采用室外型蝶形光缆 59 60 蝶形入户光缆在设计中的应用要点 3 蝶形入户光缆有非金属加强构件 金属加强构件两种形式 考虑到防雷 强电因素 室内应采用非金属加强构件蝶形光缆 4 因用户多媒体信息箱箱内空间较小 普通光缆相对较硬 弯曲 固定 盘纤难度大 成端后极易发生根部折断 给后续维护放装工作带来困难 故设计中 不得将普通光缆直接布放至箱内且端接 而蝶形入户光缆有着重量轻 相对较柔软易固定 在86终端盒内易端接等特点 故户内应选用室内蝶形光缆 60 61 蝶形入户光缆在设计中的应用要点 5 目前室内型蝶形光缆有1芯 2芯 3芯 4芯等规格 住宅用户接入蝶形入户光缆宜选用双芯缆 商务用户接入蝶形光缆可按2 4芯缆设计 6 多层住宅蝶形入户光缆应汇聚在各自单元口侧墙光分纤箱内 出单元引入管应至少具备1根 50钢管 61 62 蝶形入户光缆在设计中的应用要点 62 63 蝶形入户光缆在设计中的应用要点 5 别墅应在进户门内侧安装一过渡盒 过渡盒至室外应至少具备1根 50钢管 以利普通光缆引入 并与户内多媒体信息箱布放至过渡盒内的蝶形入户光缆进行冷接子连接 见下图 6 设计中需明确所有用户光缆的编序编号 以便为后期业务开通及维护管理提供有效资料 63 64 蝶形入户光缆在设计中的应用要点 7 6芯光缆进入楼道光分纤箱用冷接子与一根SC PC尾纤对接 在接续完成后 尾纤应该严格按照楼道光分纤箱规定的走向布放 要求排列整齐 冷接子固定在熔纤盘内 然后尾纤SC插头通过法兰跟分光器入光尾纤对接 8 入户皮线光缆 蝶形缆 现场制作SC插头插到法兰上与分光器对接 入户皮线另一端直接布放在用户家里的综合信息箱或者光缆终端箱中 光纤快速连接器 SC或FC插头 的安装应在现场完成 无需注胶 加热 现场研磨等工艺 可安装在对该连接器具有良好保护的光纤信息面板内或者用户智能终端盒内 在铺设入户皮线缆时 楼道光分配箱端应该预留1米冗余长度 入户端也应该预留1米的冗余长度 并且盘留在入户智能终端盒 即户内弱电箱 内或者86光信息插座上 64 ODF架适配器型号 65 ODF架适配器型号 66 67 主要内容 光纤的结构和几何光学理论光纤的制造和光缆的构造光纤的传输性能光缆的种类光缆线路设计规范及勘察流程 68 光缆线路设计 1 光缆网宜采用光缆型号 光缆宜采用G 652光纤 主干光缆芯数的取定应按中远期发展的需要 配线光缆则应按规划期末的需求配置 2 光缆线路路由的选择 应符合通信网发展规划的要求和城市建设主管部门的规定 考虑管道路由和道路状况等因素 并应满足下述要求 光缆路由短的区域 扩建光缆时 捷安全 施工维护方便 接入分布集中应优先考虑在不同道路上扩增新路由 本地网中在城区内的光缆路由 应采用管道路由敷设方式 光缆线路设计规范 68 69 3 光缆线路建设方式的选择应符合下列要求 采用管道建筑方式的光缆线路 当管孔直径远大于光缆外径时 应在原管孔中采用多根子管道 子管道的总外径不应超过原管孔内径的85 子管道内径不宜小于光缆外径的1 5倍 光缆结构宜优先选用松套填充式结构 光缆宜采用无金属线对光缆 光缆护层结构应根据敷设地段环境 敷设方式以及保护措施确定 光缆护层结构的选择应符合下列规定 A 管道或采用塑料管道保护的光缆 防潮层 PE外护层 宜选用GYTA GYTS GYTY53 GYFTY或其他更为优良的结构 B 架空光缆 防潮层 PE外护层 宜选用GYTA GYTS GYTY53 GYFTY ADSS OPGW 或其他更为优良的结构 光缆线路设计规范 69 70 4 管道光缆 4 1 管道光缆占用管孔位置的选择应符合下列规定 a 光缆占用的管孔 应靠近管孔群两侧优先选用 b 同一光缆占用各段管道的管孔位置应保时不变 当管道空余管孔不具备上述条件时 亦应占用管孔群中同一侧的管孔 c 人 手 孔内的光缆应有醒目的识别标志 4 2 采用子管道建筑方式时 子管道的敷设安装应符合下列规定 a 子管宜采用半硬质塑料管材 b 子管数量应按管孔直径大小及工程需要确定 但数根子管的等效外径应不大于管道孔内径的90 光缆线路设计规范 70 71 c 一个管道管孔内安装的数根子管应一次穿放且颜色不同 子管在两人 手 孔间的管道段内不应有接头 d 子管在人 手 孔内伸出长度宜在200 400mm e 本期工程不用的子管 关口应堵塞 f 光缆接头盒在人 手 孔内安装在常年积水水位以上的位置 并采用保护托架或其他方法承托 光缆线路设计规范 71 72 4 架空光缆线路a 架空光缆线路不宜选择在地质松软地区和以后可能引起线路搬迁的地方 b 架空光缆可用于轻 中负荷区地区 对于重负荷区 超重负荷区 气温低于 300C 经常遭受台风袭击的地区不宜采用架空光缆 c 利用现有杆路架挂光缆 应对电杆强度进行核算 新建杆路的电杆强度和杆高配置应适当兼顾加挂其他光缆或电缆的需要 d 架空光缆宜采用吊线架挂方式 光缆在吊挂上应采用电缆挂钩安装 也可以采用螺旋线绑扎 f 架空光缆接头盒视具体情况可安装在吊线上或电杆上 但应固定牢靠 g 架空光缆在交 跨 越其他缆线时 应采用纵剖半硬 硬塑料管或竹管等保护 光缆线路设计规范 72 73 一 机房内光缆勘察要求测量新建光缆在机房内走线路由并做详细记录 了解机房内ODF或分线设备现状 确认本次工程新建光缆占用端子位置 要求绘制机房平面图 并在该图基础上反映光缆走线路由 要求明确指定光缆盘留位置 光缆线路勘察流程 73 74 二 管道光缆勘察要求 1 选择路由选择一条满足要求的 安全 可靠 经济的路由 确认本次工程占用管道是利旧还是新建 2 勘察工程量测量核实本次工程利旧或者新建管道的全部段长并做详细记录 对于利旧的管道 勘察有没有可利用的管孔 了解管道的使用情况 有无不通需要修理的段落等 光缆线路勘察流程 74 75 勘察人孔管孔占用情况 并指定本次工程占用管孔 要求绘制人孔展开图 如需新建引上光缆