光纤通信技术教学资料第2章第7节

1、2.7 2.7 光纤光缆设计与制造光纤光缆设计与制造 光纤和光缆是光纤通信系统最主要的传输媒质，其结构、性能与价格光纤和光缆是光纤通信系统最主要的传输媒质，其结构、性能与价格决定着光纤通信技术的发展，本节将简要介绍光纤光缆的结构、设计与制决定着光纤通信技术的发展，本节将简要介绍光纤光缆的结构、设计与制造技术。造技术。2.7.1 2.7.1 光纤的结构设计与制造光纤的结构设计与制造 阶跃光纤是最简单的结构，由折射率稍低于纤芯的包层包裹的圆柱形阶跃光纤是最简单的结构，由折射率稍低于纤芯的包层包裹的圆柱形纤芯组成，纤芯和包层都用石英作为基本材料，折射率差通过在纤芯或包纤芯组成，纤芯和包层都用石英作为

2、基本材料，折射率差通过在纤芯或包层掺杂来实现，如在纤芯中掺入层掺杂来实现，如在纤芯中掺入geogeo2 2和和p p2 2o o5 5杂质可适当提高折射率，在包杂质可适当提高折射率，在包层中可掺入层中可掺入b b2 2o o3 3适当降低折射率。适当降低折射率。制造时主要应设计折射率分布、掺杂成制造时主要应设计折射率分布、掺杂成分与掺杂量。分与掺杂量。 图图(a)由石英包由石英包层和掺入层和掺入geo2 图图(b)为邻近掺杂纤芯的为邻近掺杂纤芯的包层区域掺入降低包层折包层区域掺入降低包层折射率的射率的b2o5的变形光纤的变形光纤 图图(c)为纤芯和包层均未掺杂，为纤芯和包层均未掺杂，而纤芯而纤

3、芯包层间掺入降低折射包层间掺入降低折射率的杂质的另一种变形光纤率的杂质的另一种变形光纤 图图(d)、(e)和和(f)为三种色散位移光纤折射率分布。这种光纤在为三种色散位移光纤折射率分布。这种光纤在1.5m附近具有最低色散，附近具有最低色散，损耗亦最小，折射率的分布和不同层次厚度的设计要根据所要求的色散特性进行优化。损耗亦最小，折射率的分布和不同层次厚度的设计要根据所要求的色散特性进行优化。 图2.21单模光纤的折射率分布 光纤通信系统中所用光纤的制造过程分两步光纤通信系统中所用光纤的制造过程分两步: : 第一步用气相沉积法制造一根具有所需折射率分布的预制棒。典型第一步用气相沉积法制造一根具有所

4、需折射率分布的预制棒。典型的预制棒长的预制棒长1m1m，直径，直径2cm2cm，包含具有合适相对尺寸的纤芯和包层。，包含具有合适相对尺寸的纤芯和包层。 第二步使用精密馈送机构将预制棒以合适的速度送入炉中加热，将第二步使用精密馈送机构将预制棒以合适的速度送入炉中加热，将预制棒熔融后拉成所需尺寸的光纤。预制棒熔融后拉成所需尺寸的光纤。 图2.22 制造光纤预制棒的 mcvd 流程示意图 图2.23 光纤拉丝装置示意图 光纤的拉丝过程光纤的拉丝过程和设备如图和设备如图2.232.23所示。所示。 不管用哪种工艺制成的预制棒，都基本相同，先将预制棒送入炉中不管用哪种工艺制成的预制棒，都基本相同，先将预

5、制棒送入炉中加热到加热到20002000，采用精密馈送机构将其拉成光纤。，采用精密馈送机构将其拉成光纤。 光纤直径用激光产生的衍射图案进行光学监控，可达到光纤直径用激光产生的衍射图案进行光学监控，可达到1%1%的精度。的精度。 在拉丝过程中还要给光纤涂覆聚合物涂层，为光纤提供机械保护并在拉丝过程中还要给光纤涂覆聚合物涂层，为光纤提供机械保护并保持光纤的传输特性，典型的涂层光纤的直径为保持光纤的传输特性，典型的涂层光纤的直径为250m250m。 光纤拉丝机2.7.2 光纤的结构设计与制造光纤的结构设计与制造 为使光纤在运输、安装与敷设中不受损坏，必须成缆。为使光纤在运输、安装与敷设中不受损坏，必

6、须成缆。 光缆的设计取决于应用场合。总的要求是保证光纤在使用寿命期内能光缆的设计取决于应用场合。总的要求是保证光纤在使用寿命期内能正常完成信息传输任务，为此需要采取各种保护措施，包括：正常完成信息传输任务，为此需要采取各种保护措施，包括： 机械强度保护机械强度保护防潮防潮防化学防化学防紫外光防紫外光防氢防氢防雷电防雷电防鼠虫等功能防鼠虫等功能 还应具有适当的强度和韧性，易于施工、敷设、连接和维护等。还应具有适当的强度和韧性，易于施工、敷设、连接和维护等。 一根完整、实用的光缆，从一次涂覆到最后成缆，要经过很多道工序，结一根完整、实用的光缆，从一次涂覆到最后成缆，要经过很多道工序，结构上有很多层

7、次，包括：构上有很多层次，包括： 光纤缓冲层光纤缓冲层 结构件和加强芯结构件和加强芯 防潮层防潮层 光缆护套光缆护套 油膏油膏 吸氢剂和铠装等吸氢剂和铠装等以满足上述各项要求。以满足上述各项要求。 光缆的种类很多，可分类为：光缆的种类很多，可分类为： 按应用场合分为：按应用场合分为： 室内光缆和室外光缆；室内光缆和室外光缆； 按成缆结构方式不同可分为：按成缆结构方式不同可分为： 层绞式、骨架式、束管式和带状式光缆；层绞式、骨架式、束管式和带状式光缆； 按敷设方式不同可分为：按敷设方式不同可分为： 架空、直埋、管道和水下光缆；架空、直埋、管道和水下光缆； 按有无金属加强芯和护层不同可分为：按有无金属加强芯和护层不同可分为： 金属光缆和无金属光缆等。金属光缆和无金属光缆等。下面仅以成缆方式不同，介绍几种典型的光缆结构特点。下面仅以成缆方式不同，介绍几种典型的光缆结构特点。成缆方式：层绞式 层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。成缆方式：骨架式 光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是 v形、u 形或其它形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置510根一次涂覆光纤。骨架：聚乙烯材料，抗侧压性能好成缆方式：束管式 把松套管扩大为整个缆