通信光缆与电缆线路工程第2章光纤(公用)1

1、光缆电缆工程光缆电缆工程课程内容课程内容概述概述光缆工程光缆工程光光缆缆通通信信线线路路工工程程设设计计光缆线路施工光缆线路测试与维护通信电缆 综合布线综合布线通信电缆串音和防串音措施 通信电缆施工通信电缆配线设计光缆电缆发展光纤、光缆和光器件 通信系统、通信网基础第1章第2章第3章第4章第5章电电缆缆线线路路测测试试和和维维护护第6章第7章第8章第9章电缆工程电缆工程第10章第11章基本概念组成和主要设备部件 工程设计 第第2章光纤、光缆和光器件章光纤、光缆和光器件 本章内容提要本章内容提要：n光纤的结构、材料及制备方法光纤的结构、材料及制备方法 n光纤的主要参数光纤的主要参数、特性及类型及

2、应用特性及类型及应用 n光缆的结构、材料及制备方法光缆的结构、材料及制备方法 n光缆的主要特性光缆的主要特性 n光纤光缆线路的基本光器件光纤光缆线路的基本光器件第第2章章 光纤、光缆和光器件光纤、光缆和光器件 2.1光纤光纤？光缆？光纤光纤？光缆？ 所谓“光纤光纤”就是工作在光频下的一种圆柱体介质波导，它引导光能沿着轴线平行方向传输。 所谓“光缆光缆”就是由多根光纤和加强构件以及外护层构成。 2.12.1光纤光纤2.1.1 光纤结构光纤结构 2.1.2. 光纤的制造过程光纤的制造过程1. 1.光纤的原材料选择光纤的原材料选择n目前通信用光纤主要是用高纯度的玻璃石英玻璃（SiO2）材料制成的 。

3、n最纯的天然石英（因它清澈似水，冰莹如晶，常称之为水晶）,因其含杂质多而不能在光导纤维中使用 . 还有一个原因是光学性能各向异性 (nxnynz) 。n熔融石英又名人造石英， 是制造光导纤维的主要原料。其特点是：熔融石英是非晶态的，也就是说，它不是一个晶体。它没有没有“熔点熔点”，在较高温度下变得比较柔软. （1 1）超纯的熔融）超纯的熔融SiO2提取提取 超纯的熔融石英玻璃通常利用气相沉积法取得，所用原料为SiCl4、 GeCl4 化学反应式为 2217002420ClGeOOGeClC 221700242ClSiOOSiClC熔融石英玻璃的折射率约为熔融石英玻璃的折射率约为1.458 1.

4、458 （2 2）熔融石英光纤的掺杂剂提取）熔融石英光纤的掺杂剂提取改变石英光纤折射率经常使用的掺杂剂有GeO2、P2O5、Ti2O2、Al2O3和B2O3、F等 221700242ClGeOOGeClC 25217002362ClOPOPoClC 232170023634ClOBOBClC掺杂剂所用主要原料为GeCl4 、PoCl3、BCl3和SF6等。化学反应式为： 掺杂剂除对折射率、线膨胀系数及材料提纯具有影响外，对光纤的传输性能及光纤的设计制作也都会产生作用。如图2-2/3所示。 图2-2 利用掺杂变更石英玻璃的折射率 图2-3 GeO2-P2O5-Ti2O2-B2O3 SiO2玻璃线

5、膨胀系数的差别 mol %石英光纤的主要原料为：纤芯和包层本体材料 ：SiCL4纤芯和包层掺杂用剂： GeO2 、 P2O5 、GeCL4 、 B2O3、 POCL3和F等纤芯材料： SiO2或SiO2 + GeO2包层材料： SiO2 + B2O3或SiO2 +F。（2 2）光纤材料的设计）光纤材料的设计 方案1方案2方案3纤芯包层SiO2SiO2-FSiO2-GeO2SiO2-（F）（P2O5）SiO2-GeO2-FSiO2- F（P2O5）表2-1 单模光纤掺杂方案 单模光纤掺杂方案 方案1: 纤芯 SiO2/包层 SiO2+F方案2:纤芯SiO2+GeO2 /包层SiO2、F ( P2

6、O5）采用方案1时，其散射损耗将是最小的。包层直径与纤芯直径的比值（2b2a）大于6。例如G652光纤：几种典型的光纤折射率分布图2. 2. 光纤制备方法光纤制备方法n 光纤制备步骤?(气相技术)n材料选择预制棒制造拉丝涂覆 套塑 n 预制棒制造方法约制造方法约 10种种 2134一气相沉积法一气相沉积法1.外部化学气相沉积法(Outside Vapour Phase Deposition)，简称OVD法。2.轴向化学气相沉积法（Vapour phase Axial Deposition），简称VAD法。*3.改进的化学气相沉积法（Modified Chemical yapour Deposi

7、tion），简称 MCVD法。4.等离子化学气相沉积法Plasma activate Chemical Vapour Deposition)，简称PCVD法。5.等离子改进化学气相沉积法Plasmaenhanced Modified Chemical yapour Deposition，简称PMCVD法。6.轴向和横向等离子化学气相沉积法，简称ALPD法二非气相沉积法二非气相沉积法1界面凝胶法，简称BSG2熔融法，简称DM3溶胶-凝胶法，简称SOL-GEL4机械挤压成型法，简称MSP一、原料制备与提纯一、原料制备与提纯 MCVD法是目前使用最广泛的预制棒生产工艺法是目前使用最广泛的预制棒生产工

8、艺。即2.1.2所示.二、制棒的制备过程二、制棒的制备过程 图2-5 管内MCVD法预制棒制备制造预制棒的次序是；首先在石英管内壁上沉积包层；其次在包层内沉积纤芯；最后则是“烧缩成预制棒” 。 14001600的高温氢氧火焰加热 （a）预制棒 三、光纤的拉制工艺三、光纤的拉制工艺 （a）加热后的预制棒 四、光纤涂覆四、光纤涂覆工艺工艺通常涂覆都在两层以上，里面的一层用折射率比石英玻璃稍大的变性硅酮树脂，可以用来吸收透过包层的光，涂覆厚度一般为 30150m 。外面的第二层是普通的硅酮树脂，而且涂层较厚。两次涂覆后的外径约为 0.80.9mm，有利于提高光纤的低温性能和抗微弯性能。2.22.2光

9、纤的主要参数、特性及类型光纤的主要参数、特性及类型 光纤的结构参数主要有光纤的几何参数、折射率分布、数值孔径（NA）、模场直径、和截止波长等。 1 1 几何参数几何参数 n几何特性有芯径、包层的尺寸和对芯包层同心度、不圆度等。（1）纤芯直径纤芯直径对多模光纤而言 （2）外径外径多/单模光纤（3）芯包层同心度和不圆度芯包层同心度和不圆度 nITU规定：光纤同心度误差6;（包括单模）芯不圆度6,包层不圆度cccce 221anVcctnmctcc1908 . 0表2-2渐变多模光纤结构参数实例 表2-3单模光纤结构参数实例 2.2.2 光纤的主要特性光纤的主要特性 22 21损耗损耗 一、损耗定义

10、一、损耗定义 p（0）为输入光纤的光功率，即在L=0处注入的光功率；p（L）为传输距离L处的光功率； 二、损耗系数二、损耗系数 在光纤上两个相距在光纤上两个相距L的截面之间的波长的截面之间的波长上的总衰减表示：上的总衰减表示：A（）（）L （dB） 三、光纤产生损耗的原因三、光纤产生损耗的原因光纤产生损耗的原因很多，其类型有吸收损耗，散射损耗和附加损耗。10)(10)0()(LpLp)/( )()0(lg10)(kmdBLppL表2-4 光纤的传输损耗 1.吸收损耗本征吸收: 红外吸收,紫外吸收杂质吸收: 铁、铜等过渡金属离子和OH离子(非本征)。： 其中是工作波长，单位为m，当=1.55 m

11、时ir0.02 dB/km，其影响较小。但当=1.70 m时，ir0.32 dB/km。可见红外吸收影响了工作波长向更长波长方向发展。 其中，B是掺锗的重量百分比，当=1.31 m，B=3.5%时，uv1.75102 dB/km。但当=0.60 m时，uv1.00dB/km。可见紫外吸收随减少和掺锗浓度增加而增加 . 2.线性散射n 瑞利散射瑞利散射比光波长小得多小得多的粒子引起的散射(本征)n 米氏散射米氏散射与光波同样大小同样大小的粒子引起的散射(本征)n引起光纤损耗的散射主要是瑞利散射，瑞利散射具有与短波长的14成正比的性质，即：R=A4。对掺锗的光纤而言，A0.63dBm4km。对于=

12、0.85、1.31、1.55m时,则R1 .3、0.3、0.1dBkm。 n3.非线性散射n 受激布里渊散射：受激布里渊散射：存在于光能密度超过某一高值 (本征)n 受激拉曼散射：受激拉曼散射： (本征)n4.附加损耗：张力、侧压、弯曲、挤压造成的宏弯和微弯(非本征)。3.附加损耗：张力、侧压、弯由、挤压造成的宏弯和微弯图2-11 光纤的宏弯损耗（a）射线法解释；（b）波动理论解释。在附加损耗中光纤宏弯曲损耗是最主要的。在光缆的生产、接续和施工过程中，不可避免地出现弯曲，它的损耗原理如图2-11所示。 光纤宏弯曲时会造成模式转换。使传导模变成了辐射模，造成辐射损耗。 *单模光纤弯曲损耗的估算公

13、式为式中,R为光纤弯曲半径、 C1、C2与R无关常数。临界弯曲半径估算RC为：2/3222131)(43nnnRc)dB/km(e21TRCC图2-10 光纤损耗频谱曲线n光纤不仅因有损耗使光信号传输受到限制，同时光信号传输还受到色散（多模光纤习惯称带宽）的限制。n色散？色散？对于数字信号的光脉冲，经光纤传输时，对于数字信号的光脉冲，经光纤传输时，脉冲宽度随距离增长而展宽脉冲宽度随距离增长而展宽，严重时，前后脉冲将互相重叠，形成码间干扰，导致通信系统误码增加，从而使传输距离和传输容量受到限制，这种现象称为光纤的色散。n 引起脉冲展宽（色散）的因素很多，对于多模光纤主要有：模式色散、材料色散和波

14、导色散等，其中模式色散是主要因素。对于单模光纤由于只传输一种模式，故不存在模式色散，主要受材料色散、波导色散和偏振模色散PMD的影响 2.光纤的色散特性光纤的色散特性 光纤色散主要有光纤色散主要有：模式色散、材料色散、波导色散、偏振色散等。多模光纤：模式色散、材料色散、波导色散等。单模光纤中只传输基模LP01，总色散由材料色散、波导色散和偏振色散组成。这三个色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为波长色散。光纤的色散单位： ps/km光纤的色散系数单位D（）： ps/nm.km1 1、模式色散、模式色散2 2、材料色散、材料色散 3 3、波导色散、波导色散 4、偏振模色散（、偏振模色散（P

15、MD）n记作LPx01和LPy01，其相位常数x，y不同，相应的群速度不同，从而引起偏振模色散，如图2-13所示PMD对大容量数字和模拟通信系统影响是严重的。若要10Gb/s以上的高速系统能正常工作，光脉冲展宽必须限制在一定范围。例如，对于10Gb/s系统，其光脉冲宽度为100ps，当光路的光功率代价Pp =1dB时，群时延差DGDL最大容限为30ps；对于40Gb/s系统，其光脉冲宽度只有25ps，当Pp为1dB时，DGDL最大容限只能为10ps以下。当光纤长度足够长时（Lh，典型值为2km以上 ）LLCPMDDGDPMDL（ps） 式中：L为光纤长度（km）；PMDL（或DGDL）为长度L

16、光纤的总偏振模色散（或偏振模总群时延差）（ps)；，PMDC 为光纤的PMD系数 /pskmnPMDC，其典型值在之间n如在400Gbit/s的高速系统中，传输100km后，PMDC限制在0.1ps/km以内。一般系统对PMD系数最大设计值为 0.11/pskm0.5/pskm5 5、光纤的带宽、光纤的带宽 n光纤的色散和带宽描述的是光纤的同一特性。nITU-T建议规定的光纤带宽为：11060D1DLDLL6010L公里的光纤带宽为：其中，D为光纤色散系数（ps/nm.km）；为光源谱宽（nm）；B0为光纤的带宽（MHz）；常数：=0.115（多纵模激光器）,=0.306（单纵模激光器）。 n

17、 在DWDM高速光纤传输系统中，着重考虑PMD对光纤距离影响情况，可由下列公式得出： 2110CLLPMDB110LCBPMDL其中, PMDC为偏振模色散系数（s/km），BL为传输速率（bit/s），L为光纤中继距纤中继距离（km）。【例2-1】 设某光纤在1.31 m波长的最大色散系数D=3.5 ps/（nmkm），如用一中心波长为1.31 m的半导体激光器产生传输光，其谱线宽度为=4 nm，试求出该光传输1km长度光纤的色散。解：由（2.14）式，容易求出其色散为：=DL=3.541=0.014 ns=14 ps2.2.3 光纤的非线性效应 光纤的非线性（损耗特性）可分为两类： 受激散

18、射和折射率扰动*受激散射:受激布里渊散射和受激拉曼散射。*折射率扰动自相位调制、交叉相位调制和四波混频。 2.2.4 光纤的机械光纤的机械和温度特性和温度特性 1. 光纤强度光纤强度n从理论上估算折断石英玻璃Si-O原子键所需应力约为20002500kg/mm2，因此外径为125m的光纤所能承受的抗拉力将达30kg .n直接拉出的裸光纤拉力只有100g/根?n实用化光纤的抗张强度要求240g拉力/根n目前商品化光纤的强度 432g拉力/根n国内用的光纤，一般都大于400g拉力/根n国外较好的光纤在700g拉力/根以上，用于海底光缆的光纤强度还要高一些。n光纤的温度特性主要由光纤材料决定，如石英

19、玻璃的线膨胀系数为3.410-7（km），而塑料涂覆层（或有机树脂）为110-4 （km），即当温度变化1时，石英光纤和塑料涂覆层的长度变化量相差近1000倍 2. 光纤的温度特性光纤的温度特性 n 温度特性对光缆敷设方式有哪些影响?哪些光缆故障属于与光纤的温度特性有关?2.2.5 2.2.5 光纤类型及应用光纤类型及应用 n光纤分类可依据材料、波长、传输模式、纤芯折射率分布、制造方法的不同，将其分为多种，可归纳为如图2-17所示。 单模光纤的种类单模光纤的种类 1.非色散位移单模光纤（G.652光纤性能及应用） G.652光纤色散2.色散位移单模光纤（ G.653光纤） 3.53.非零色散位

20、移光纤非零色散位移光纤（ G654光纤光纤 ） 4.非零色散位移单模光纤（ G.655A/B/C 光纤） 美国朗讯和康宁在1994年研究出的表表29 宽带光传送非零色散单模光纤性能模场直径（m）截止波长cc（nm）非零色散区（nm）工作波长（nm）衰减系数（dB/km）色散系数（ps/nm.km）要求值1550nm711+0.7cc145015301565153015651530: 0.351625 :0.403D14应用场合G.656光纤可保证通道间隔100 GHz, 40 Gbit/s系统至少传400 km。人们预测G656光纤可能成为继G.652和G655之后的又一个广泛应用的光纤。5.

21、 G.656光纤表2-10 弯曲衰减不敏感单模光纤（G657A）性能模场直径（m）截止波长cc（nm）工作波长（nm）衰减系数（dB/km）色散斜率（ps/nm2.km）要求值1310nm8.69.5+0.4cc1260131015501310: 0.401550: 0.3013101324: 0.092应用场合当弯曲半径10mm、弯曲1圈时，1550nm光波最大损耗0.75 dB。适用于实现FTTH的信息传送、安装在室内或大楼等狭窄的场所。6. G.657光纤7.色散平坦光纤色散平坦光纤(DFF)8.色散补偿光纤（色散补偿光纤（DCF） 9. G.651多模光纤 光接收机 光接收机，即收端光

22、端机，其主要作用是将光纤传送过来的光信号转变为电信号，然后经进一步的处理在送到接收端的电端机去。光中继器 光信号在光纤中传输一定距离后，由于受到光纤损耗和色散的影响，光信号的能量会衰减，波形也会产生失真，从而导致通信质量恶化。为此，在光信号传输一定距离后就要设置光中继器，其作用是对衰减了的光信号进行放大，恢复失真了的波形。2.1.2光纤的分类（1）按光纤折射率分布来分 阶跃型光纤 渐变型光纤 2.1.2光纤的分类（2）按光纤中传输模式数量来分 多模光纤 多模光纤就是可以传输多个模式的光纤。多模光纤的折射率分布可采用阶跃型和渐变型，前者称为阶跃型多模光纤，后者称为渐变型多模光纤。 单模光纤 单模

23、光纤就是只能传输一种模式的光纤。单模光纤只能传输基模，不存在模式色散，具有比多模光纤大得多的带宽，故单模光纤使用大容量、长距离传输。2.1.2光纤的分类（3）按光纤的工作波长来分 短波长光纤 短波长光纤的工作波长在0.8m-0.9m范围内，具体工作窗口0.85m，主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中。 长波长光纤(目前常用的) 长波长光纤的工作波长在1.1-1.8m范围内，有1.31和1.55m两个工作窗口，主要用于长距离、大容量的光通信系统中。光纤的工作波长（工作窗口）光纤的工作波长（工作窗口）光线路信号在光纤上传送的波长：光线路信号在光纤上传送的波长：850nm、1310nm、1550n

24、m。 850nm窗口只用于多模传输窗口只用于多模传输 1310nm和和1550nm窗口窗口 用于单模传输。用于单模传输。2.1.2光纤的分类（4）按制造光纤的材料来分 石英光纤 全塑光纤（5）按ITU-T(国际电信联盟）建议来分 为了使光纤具有统一的国际标准，ITU-T制定了统一的光纤标准。 G.652光纤(常规单模光纤) G.653光纤(色散位移单模光纤) G.654光纤(1.55m性能最佳单模光纤) G.655光纤(非零色散位移单模光纤)G.652光纤：在光纤：在1310nm波长窗口色散性能最佳，是目前应用最广波长窗口色散性能最佳，是目前应用最广泛的光纤。泛的光纤。n在在1310nm处，色

25、散小，衰耗大；处，色散小，衰耗大；n在在1550nm处，色散大，衰耗小；处，色散大，衰耗小；G.653光纤：在光纤：在1550nm波长，衰耗和色散皆为最小值，可实现大波长，衰耗和色散皆为最小值，可实现大容量长距离传输。因出现四波混频效应容量长距离传输。因出现四波混频效应(FWM),限制了它在限制了它在WDM（波分复用）方面的应用。（波分复用）方面的应用。光纤的类型光纤的类型G.654光纤：光纤：1550nm损耗最小光纤，主要用于长再生中继距离的损耗最小光纤，主要用于长再生中继距离的海底光缆。海底光缆。G.655光纤：克服了光纤：克服了G.652光纤在光纤在1550nm处色散受限和处色散受限和G

26、.653光光纤在纤在1550nm处出现四波混频效应的缺陷，适用于处出现四波混频效应的缺陷，适用于WDM系统。系统。WDM是波分复用系统，是一种可以提高光纤频率带宽利用率的是波分复用系统，是一种可以提高光纤频率带宽利用率的系统系统 1、G.652B与G.652D光纤简单技术比较 ()分类nG.652B为常规单模光纤nG.652D为低水峰单模光纤，永久地降低水峰处的衰减。()工作波段区别：G.652B:O+C+L；G.652D:O+E+S+C+Ln单模光纤的光波段划分n波段波长范围（nm）Oband1260-1360Eband1360-1460Sband1460-1530Cband1530-156

27、5Lband1565-1625Uband1625-1675注：鉴于城域传送网接入层WDM-PON/XG-PON等新产品可能使用E波段，而G.652B型光纤不具备E波段的传送能力 G.652B与G.652D光纤简单技术比较n由于光纤中水的吸收峰的存在，早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及l550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无“水峰”的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从l280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几十倍、几百倍

28、上千倍的增长。 从本质上来说，就是通过尽可能地消除0H离子的“水吸收峰”的一项专门的生产工艺技术，它使普通标准单模光纤在1385nm附近处的衰减峰，降到足够低的程度。它消除了光纤玻璃中的0H离子，从而使光纤损耗完全由玻璃的特性所控制，“水吸收峰”基本上被“压平了，从而使光纤在12801625nm的全部波长范围内部可以用于光通信，拓展了未来光波复用的工作波长范围。2.2.4 光纤中的模式传输（1）光纤中的模式 横电波 横磁波 混合波（2）光纤的归一化频率 为了表征光纤中所能传播模式数目的多少，引入光纤的一个特征参数，即光纤的归一化频率，其表示式为：22121222aaVnnn式中：a- 光纤的纤

29、芯半径 - 光波的工作波长 n1、n2- 纤芯、包层的折射率 - 光纤的相对折射差 由于V值是一个无量纲参数，又与光波的频率成正比，因此被称为光纤的归一化频率。V值的大小不仅可以判断一根光纤是单模传输，而且也决定多模光纤中传输导模的数目。（3）多模光纤和单模光纤 按照光纤中传输模式数量的多少，光纤可以分为多模光纤和单模光纤。 多模光纤 多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤。多模传输时光纤的归一化频率V2.045，且随着V值的增加，光纤中传输的模式数也越多。 当前通信用多模光纤的芯径和外径一般为50m和125m，最大相对折射率差约为1%。 多模光纤由于存在模式色散，其带宽较窄，通信容量也较小

30、，但多模光纤的芯径打，对光纤连接插头和连接器的要求都不高，使用起来比单模光纤方便，因此广泛用于低码速、短距离的光通信系统中。 单模光纤 在给定的工作波长上，只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。单模光纤只能传输基模（HE11)模，它不存在模式色散，因此具有比多模光纤大得多的带宽，有利于高码速、长距离的传输。 单模光纤的传输条件是： 0V 2.045 此时，光纤中除基模（HE11模）以外，其余模式均截止，即可实现单模传输。单模传输时，由于V 2.045，因此，要求光纤的纤芯半径很小，但太小，在制作、耦合、连接上都会造成困难。如果采取小的，就可容许较大的，这也是为什么通信用光纤制成弱导光纤的原因之一

31、。 模场直径 模场直径也是单模光纤所特有的一个参数。从理论上讲，单模光纤中只有一种模式（基模）传输，但单模光纤中的基模场并没有完全集中在纤芯中，有相当部分的能量存在于包层中。所以不能像多模光纤那样用纤芯直径表示截面上的传光范围，只能用模场直径来表示。模场直径是衡量单模光纤横截面上基模场分布的一个物理量。 模场直d是单模光纤产品出厂时必须给出的参数之一。ITU-T规定，在1.31m波长上，模场直径的标称值应当在9-10m范围内，容差为1m。2.3光纤的损耗和色散特性光纤的损耗和色散特性 损耗和色散是光纤的两个主要传输特性，他们分别决定光纤通信系统的传输距离和通信容量。2.3.1 光纤损耗的概念

32、光波在光纤中传输时，随着传输的增加光功率逐渐减小的现象称为光纤的损耗。光纤的损耗用表示010lgiPLP（dB/km)L光纤光源光脉冲AB式中：Pi、P0-光纤的输入、输出功率； L-光纤的长度； -每千米光纤的损耗值，单位为dB/km。 光纤的损耗关系到光纤通信系统传输距离的长短，光纤的损耗与波长的关系曲线即损耗波谱曲线，关系到工作波长的选择。2.3.1.1 产生光纤损耗的原因（1）吸收损耗:光纤的吸收损耗主要由紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等构成。由于这些损耗都是由光纤材料本身的特征引起的，故称为光纤的本征损耗 本征吸收 杂质吸收（2）散射损耗 瑞利散射损耗:任何材料的内部组分结构都不可能是

33、完全均匀的。由于光纤材料的内部组分不均匀，产生了瑞利散射，造成了光能量的损耗，它属于光纤的本征损耗 波导散射损耗:波导散射损耗是由于光纤的不圆度过大造成的，若光纤制成后沿轴线方向结构不均匀，就会产生波导散射损耗。目前这项损耗已经降低到可以忽略的程度 非线性散射损耗（3）弯曲和微弯曲损耗 弯曲损耗 弯曲半径越大，弯曲损耗越小，一般认为，当弯曲半径大于10cm时，弯曲损耗可以忽略不计。 微弯曲损耗 微弯曲是由于光纤成缆时产生的不均匀侧压力引起的。微弯曲使得纤芯和包层的界面出现局部凸凹，从而引起模边换而产生损耗。L光纤光源光脉冲AB2.3.2.光纤的色散色散是光纤的一个重要的传输特性，指的是光信号沿

34、着光纤传输过程中，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应当信号在光纤中传输时，随着传输距离的增加，从而引起光信号的畸变和展宽，这种现象称为光纤的色散。2.3.2.1色散的分类（1）模式色散 在多模光纤中，由于各个模式在同一波长下的传播速度不同而引起的时延差称为模式色散。包层包层纤芯模式1模式2模式3模式1模式2模式3光脉冲光脉冲 只有多模光纤才存在模式色散。在单模光纤中由于只有一种模式传输，没有模式色散，所以单模光纤的色散比多模光纤小得多，即其通信容量比多模光纤大的多，这也是单模光纤获得广泛应用的原因之一。 阶跃型光纤的模式色散 渐变型光纤的模式色散（2）材料色散 光纤材料的折射率

35、随光波波长的变化而变化，使光信号中不同波长成分的传播速度不同，从而引起脉冲展宽的现象，称为材料色散。 在光线通信系统中，由于实际光源发出的光波并不是单一波长，而是具有一定的谱线宽度。光在其中的传播速冻也是随波长的变化而变化的。当具有一定谱线宽度的光源发出的光波在光纤中传输时，不同波长的光波将有不同的传播速度，在到达输出端时将产生时延差，从而使脉冲展宽，引起材料色散。（3）波导色散 从理论上讲，光纤中的光波只在纤芯中传输，但由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善，使得光波的一部分在纤芯中传输，而另一部分在包层中传输，由于纤芯和包层的折射率不同，而造成脉冲展宽的现象，称为波导色散2.3.2.2单模

36、光纤的色散 对于单模光纤，不存在模式色散，只有材料色散和波导色散，典型的单模光纤与波长的关系曲线如图所示。1.01.11.21.31.41.51.6-80-60-40-20020材料色散波导色散总色散波长（m）色散（ps/km.nm）从图中可以看出，在1.27 m附近，材料色散为零，而在1.31 m附近，材料色散与波导色散相抵消，单模光纤的总色散为零。 通常把零色散在1.31 m附近的光纤称为常规单模光纤，即G.652光纤。 从光纤的损耗特性的分析可知，在=1.55 m处单模光纤的损耗最低，但色散值很大，约为18ps/kmnm，如果改变光纤的结构使零色散波长由1.31 m移至1.55 m，则在

37、1.55 m处可获得最小损耗和零色散。把零色散在1.55 m附近的单模光纤称为色散位移单模光纤，即G.653光纤，这种光纤在1.55 m处具有的良好的特性使之称为单波长、大容量、超长距传输的最佳选择。 然而随着WDM的发展EDFA的应用，发现色散位移单模光纤有一致的弱点，即工作区内的零色散点将使光纤出现非线性，尤其是四波混频，严重的影响波分复用的性能。为了解决G.653光纤中严重的四波混频效应，对G.653光纤的零色散点进行了移动，如果在1.55 m附近光纤有较小的色散值，如在1.53-1.56 m范围内，色散为1-4ps/km.nm，这样就能有效遏制非线性效应。于是又设计出一种在1.55 m

38、附近有较小色散值的光纤，这种光纤称为非零色散位移光纤，即G.655光纤，G.655光纤适用于大容量的密集波分复用系统。n光通道参数：衰减、色散光通道参数：衰减、色散 光信号在光纤中传输的距离要受到色散和衰减的双重光信号在光纤中传输的距离要受到色散和衰减的双重影响。影响。n衰减：使在光纤中传输的光信号随着传输距离的增加衰减：使在光纤中传输的光信号随着传输距离的增加而功率下降。而功率下降。 1310nm窗口每公里衰减：窗口每公里衰减：0.4dB/km 1550nm窗口每公里衰减：窗口每公里衰减：0.25dB/kmn色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引起码间干色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引

39、起码间干扰，降低信号质量。扰，降低信号质量。光纤的主要特性有几何特性、光学特性、传输特性、机械特性、温度特性。1.光纤的几何特性光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、不圆度和光纤翘曲度等。（1）纤芯直径纤芯直径主要是对多模光纤的要求。ITU-T规定，多模光纤的芯直径为503m。（2）包层直径包层直径指光纤的外径，ITU-T规定，多模及单模光纤的包层直径均要求为1253m。目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.03m提高到125.01m。（3）纤芯/包层同心度和不圆度纤芯/包层同心度是指纤芯在光纤内所处的中心程度。目前光纤制造商已将纤芯/包层同心度从0.8m的规格提高到0

40、.5m的规格。不圆度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。ITU-T规定，纤芯/包层同心度误差6%（单模为1.0m），芯径不圆度6%，包层不圆度（包括单模）2%。（4）光纤翘曲度光纤翘曲度指在特定长度光纤上测量到的弯曲度，可用曲率半径来表示弯曲度。翘曲度（即曲率半径）数值越大，意味着光纤越直。注：纤芯/包层同心度对接续损耗的影响最大，其次是翘曲度。2.5光缆的结构和分类光缆的结构和分类2.5.1光缆的结构 光缆是以一根或多根光纤或光纤束制成符合化学、机械和环境特性的结构。不论何种结构形式的光缆，基本上都是由缆芯、加强元件和护层三部分组成。（1）缆芯 缆芯结构应满足一下基本要求： 使光纤在缆内处于最佳

41、位置和状态，保证光纤传输性能稳定。在光缆受到一定打拉、侧压等外力时，光纤不应承受外力影响。 缆芯中的加强元件应能经受允许拉力。 缆芯截面应尽可能小，以降低成本 缆芯内有光纤、套管或骨架和加强元件，在缆芯内还需填充油膏，具有可靠的防潮性能，防止潮气在缆芯中扩散。（2）护层 光缆的护层只要是对已成缆的光纤芯起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏，使光纤能适应于各种敷设场合，因此要求护层具有耐压力、防潮、温度特性好、重量轻、耐化学浸蚀和阻燃等特点。 光缆的护层可分为内护层和外护层。内护层一般采用聚乙烯或聚氯乙烯等，外护层可根据敷设条件而定，采用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等。（3）加强元

42、件 加强元件主要是承受敷设安装时所加的外力。光缆加强元件的配置方式一般分为“中心加强元件”方式和“外周加强元件”方式。一般层绞式和骨架式光缆的加强元件均处于缆芯中央，属于“中心加强元件”（加强芯）；中心管式光缆的加强元件从缆芯移到护层，属于“外周加强元件”。加强元件一般有金属钢线和非金属玻璃纤维增强塑料（FRP)。使用非金属加强元件的非金属光缆能有效地反之雷击。2.5.2 典型结构的光缆 常用的光缆结构有层绞式、骨架式、中心束管式和带状四种。（1）层绞式光缆钢塑复合带松套管光纤加强芯填充绳PE护层皱纹钢带松套管光纤加强芯填充绳PE护层阻水层 层绞式光缆是经过套塑的光纤在加强芯周围绞合而成的一种

43、结构。 层绞式结构光缆，收容光纤数有限，多数为6-12芯，也有24芯的。随着光纤数的增多，出现单元式绞合：一个松套管就是一个单元，其内可有多根光纤。生产时先绞合成单元，再挤制松套管，然后再绞合成缆。（2）骨架式光缆铝塑复合带骨架光纤加强芯PE护层阻水层骨架式光缆是将紧套光纤或一次涂覆光纤放入螺旋形塑料骨架凹槽内而构成，骨架的中心是加强元件。在骨架式光缆的一个凹槽内，可放置一根或几根涂覆光纤，也可放置光纤带，从而构成大容量的光缆。骨架式光缆对光纤保护较好，耐压、抗弯性能较好，但制造工艺复杂。（3）中心束管式光缆 中心束管式光缆是将树根一次涂覆光纤或光纤束放入一个大塑料套管中，加强元件配置在塑料套

44、管周围而构成（4）带状式光缆PE护层光纤带加强芯松套管阻水层钢塑复合带光纤带加强芯松套管阻水层钢塑复合带PE护层 带状式光缆结构是将多根一次涂覆光纤排列成行制成带状光纤单元，然后再把带状光纤单元放入在塑料套管中，形成中心束管式结构；也可以把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。带状结构光缆的优点是可容纳大量的光纤（一般在100芯以上），满足作为用户光缆的需要；同时每个带状光缆单元的接续可以一次完成，以适应大量光纤接续、安装的需要。2.5.3 光缆的种类（1）按传输性能、距离和用途分类 市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。（2）按光纤的种类分类 多模光缆、单模光缆。（3）

45、按使用环境和场合分类 室外光缆、室内光缆和特种光缆。（4）按光纤芯数多少分类 单芯光缆和多芯光缆。（5）按缆芯结构分类 层绞式光缆、骨架式光缆、中心束管式光缆和带状式光缆。（6）按敷设方式分类 管道光缆、直埋光缆、架空光缆、水底光缆。光缆的制造过程1、光纤材料2、光纤制造设计原理3、光缆的制作流程4、光缆端别的识别2、光缆制造设计原则n需要考虑由盈利引起的光纤损耗、光缆承受的敷设张力、余长、机械强度、温度、阻水、寿命等使用性质2、光缆制作流程光缆型号示例（3）光缆型号示例例1 光缆型号为：GYTA5312A1其含义为：松套层绞结构、金属加强件、铝塑粘接护层、单钢带皱纹纵包式铠装、聚乙烯外护套，

46、通信用室外光缆，内装12根石英系渐变多模光纤。例2 光缆型号为 ：GYDXTW16B1其含义为：中心束管式结构、带状光纤、金属加强件、石油膏填充式、夹带增强聚乙烯护套，通信用室外光缆，内装16根石英系常规单模光纤（G.652）。我们所使用的型号：GYTA-室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、铝聚乙烯粘结护套光缆 、GYTS -室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、钢聚乙烯粘结护套光缆 工程实践中识别光缆A、B端主要有如下方法： 厂家的产品说明书有具体的说明，工程中应以此为准； 光缆缆盘上的标记：一般在缆盘上均有用红色油漆做的箭头表示放光缆时缆盘的转动方向，同时用红色油漆写明A在外

47、或B在外； 光缆外护套长度标记：“米”表，间隔1m标记一下，数字小的为A端； 光缆缆盘打开后，通过光缆两端的热缩密封端帽判别，红色为A端； 开缆后，一般识别方法是：面对光缆截面，由领示光纤（或导电线或填充线）以红一绿（或蓝一黄等）顺时针为A端；逆时针为B端。2.光纤纤序排列光纤纤序排列主要有下列几种方式（以下以A端截面为例）。（1）以红、绿领示电导线或填充线中间的光纤为1纤，顺时针数为2#，3#，（2）以红、绿领示色紧套、松套（单芯）、骨架（单芯），其红色为1纤，绿色为2#纤、顺时针数为3#，4#，（3）以红、绿（或蓝、黄）领示色松套（双芯），红（或蓝）为1管，绿（或黄）为6管，红（或蓝）绿（

48、或黄）顺时针计数，纤序为表2-7所示。光缆端别、纤芯色普光缆端别、纤芯色普光纤带加强芯松套管阻水层钢塑复合带PE护层A123456顺时钟：蓝1、黄2、绿3、棕4、白5（填充管）、白6（填充管）填充管无纤芯光纤带加强芯松套管阻水层钢塑复合带PE护层B123 456逆时钟：蓝1、桔2、绿3、棕4、白5（填充管）、白6（填充管）填充管无纤芯纤序纤序12345678颜色颜色蓝黄绿红橙白蓝红纤芯的色谱排列次序纤芯的色谱排列次序2.6光缆的型号光缆的型号 根据根据ITU-T的有关建议，目前光缆的型号是由光缆的型的有关建议，目前光缆的型号是由光缆的型式代号和光纤的规格代号两部分构成，中间用一短横线分开式代号

49、和光纤的规格代号两部分构成，中间用一短横线分开。2.6.1光缆的型式代号 光缆的型式代号由分类、加强构件、派生特征、护套和外乎层5个部分组成。派生特征加强构建分类护套外护层（1）光缆分类的代号及其意义 GY:通信用室（野）外光缆 GM:通信用移动式光缆 GJ:通信用室（局）内光缆 GS:通信用设备内光缆 GH:通信用海底光缆 GT:通信用特殊光缆（2）加强构件的代号及其意义 无符号：金属加强构件 F：非金属加强构件（3）派生特征的代号及其意义 光缆结构特征应能表示出缆芯的主要类型和光缆的派生结构。当光缆型式有几个结构特征需要注明时，可用组合代号表示，其组合代号按下列相应的各代号自上而下顺序排列

50、。 D:光纤带结构 无符号:光纤松套被覆结构 J:光纤紧套被覆结构 无符号:层绞结构 G:骨架槽结构 X:中心束管结构 T:油膏填充式结构 Z:自承式结构 B:扁平形状 Z:阻燃（4）护套的代号及其意义 Y:聚乙烯护套 V:聚氯乙烯护套 U:聚氨酯护套 A:铝-聚乙烯粘结护套（A护套） S:钢-聚乙烯粘结护套（S护套） W:夹带平行钢丝的钢-聚乙烯粘结护套（W护套） L:铝护套 G:钢护套 Q:铅护套（5）外护层代号及其意义 外护层是指铠装层及铠装层外边的外被层。代号铠装层（方式）代号外被层0无0无1-1纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝-5单钢带皱纹纵包-2.6.2光纤

51、的规格代号 光纤的规格代号由光缆中光纤的数目和光纤类别组成。如果同一根光缆中含有两种或两种以上规格（光纤数和类别）的光纤时，中间应用“+”号连接。光纤的类别光纤的数目（1）光纤数目 用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表示。（2）光纤类别 光纤类别应采用光纤产品的分类代号表示，按IEC60793-2(2001)的标准规定，用大写字母A表示多模光纤，大写字母B表示单模光纤，再以数字和小写字母表示不同的种类、类型的光纤。 多模光纤分类代号类型纤芯直径（m）包层直径材料A1a渐变型50125二氧化硅A1b渐变型62.5125二氧化硅A2阶跃型50125二氧化硅单模光纤分类代号名称材料B1非色散位移

52、型二氧化硅B2色散位移型二氧化硅B3非零色散位移型二氧化硅一、光缆线路维护宣传一、光缆线路维护宣传n随着国家经济的发展，基础建设的投入越来越大，开工项目越来越多，由于有些建设施工单位伍在施工中不注意保护光缆线路，加之人为盗窃、恶意破坏等外力事件，已成为光缆线路受损的主要原因，通信阻断的情况日益增多，严重影响了通信网络的正常运行。特别是人为盗窃、恶意破坏有益日增加的趋势，偷盗破坏手段多种多样，防不胜防，给维护工作造成非常大的压力。因此在做好日常维护工作外，切实做好护线宣传，提高社会群众的光缆知识，提高群众保护光缆意识，认识保护通信安全畅通的重要性，达到减少光缆故障，确保光缆通信网安全稳定运行的目

53、的。在光缆护线宣传工作，要注意的主要内容是： 2022年6月5日星期日3-1 光纤连接器件光纤连接器件；3-2 光纤耦合器光纤耦合器 ；3-3 光衰减器；光衰减器；3-4 光缆接头盒；光缆接头盒；3-5 光纤配线架光纤配线架 ；3-6 光缆交接箱；光缆交接箱；第二章的主要内容第二章的主要内容2022年6月5日星期日一、一、 光纤的接头及熔接光纤的接头及熔接光纤通信线路中，光纤接头不可避免。光纤通信线路中，光纤接头不可避免。1. 光纤的熔接工艺步骤光纤的熔接工艺步骤 (1) 将待熔接的光纤端头切割成平整且垂直于将待熔接的光纤端头切割成平整且垂直于轴线的端面；轴线的端面； (2) 利用微调装置将两

54、根光纤调准直；利用微调装置将两根光纤调准直； (3) 利用电弧放电将两根光纤熔接在一起。利用电弧放电将两根光纤熔接在一起。电弧的强度电弧的强度和和熔接时间熔接时间应调整妥当，既保证熔接点应调整妥当，既保证熔接点有足够的机械强度，又不会造成形变而增加损耗。有足够的机械强度，又不会造成形变而增加损耗。光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日2. 光纤熔接引起损耗的原因光纤熔接引起损耗的原因(1) 光纤轴线的横向相对误差（错位）；光纤轴线的横向相对误差（错位）；(2) 两根光纤的纤芯直径不同；两根光纤的纤芯直径不同； (3) 两根光纤的性能参数不同；两根光纤的性能参数不同； (5) 角向相对

55、偏离。角向相对偏离。 (4) 光纤端头之间的相对距离光纤端头之间的相对距离； 光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件OffsetAngular MisalignmentSeparationCore Eccentricity Core EllipticityReflections &Interference2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件Medium insertion loss:Worst return loss: 14 dB (Fresnel)Common multimode fiber

56、 connector Air Gaptyp. 0.5 dBLowest insertion loss: 40 dBHighest insertion loss:Best return loss:Cable TV, highperformance systemsAngled PhysicalContact (APC) 0.4 to 0.9 dB 60 dB82022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件光纤剥离钳光纤剥离钳2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件光纤切割刀光纤切割刀2022年6月5日星期日光纤熔接机光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件

57、2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件光纤自动熔接以后的液晶显示界面Protective sleeveSplice2022年6月5日星期日光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日二、光纤连接器二、光纤连接器 光纤连接器是光纤技术应用中使用量最大的光光纤连接器是光纤技术应用中使用量最大的光无源器件，和光纤接头一样，光纤连接器也是对两无源器件，和光纤接头一样，光纤连接器也是对两光纤端面进行对接，所不同的是光纤接头是永久性光纤端面进行对接，所不同的是光纤接头是永久性的熔接，而光纤连接器是临时性连接，具有使用的的熔接，而光纤连接器是临时性连接，具有使用的灵活性。损耗是它们重要的光学参

58、数。灵活性。损耗是它们重要的光学参数。1. 光纤连接器损耗的分类光纤连接器损耗的分类(1) 插入损耗；插入损耗；(2) 回波损耗。回波损耗。光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日2. 光纤连接器的插损机理光纤连接器的插损机理 光纤公差引起的固有损耗：主要由光纤制造公光纤公差引起的固有损耗：主要由光纤制造公差，即纤芯尺寸、数值孔径及纤芯差，即纤芯尺寸、数值孔径及纤芯/包层同心度等包层同心度等。 连接器加工装配引起的固有损耗：主要由光纤连接器加工装配引起的固有损耗：主要由光纤制造公差，即端面间隙、轴线倾角及横向偏移等。制造公差，即端面间隙、轴线倾角及横向偏移等。3. 光纤连接器的回损机理

59、光纤连接器的回损机理 光纤端面菲涅耳反射引起的光能量损耗。这种光纤端面菲涅耳反射引起的光能量损耗。这种损耗发生在纤芯空气交界面，有效的解决方法是设损耗发生在纤芯空气交界面，有效的解决方法是设计两个连接器的物理接触面。计两个连接器的物理接触面。光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日4. 光纤连接器的损耗表达式光纤连接器的损耗表达式212lg10NANAdBLossNA引起的损耗引起的损耗端面间隙引起的插损端面间隙引起的插损间隙纤芯直径， :S:2a , arcsintanlg100nNASaadBLoss回波损耗回波损耗21lg10nnnndBLossfiberfiber主观因素损耗：

60、端面划伤、尘粒、定位不准。主观因素损耗：端面划伤、尘粒、定位不准。光纤连接器件光纤连接器件2022年6月5日星期日5. 光纤连接器的组成光纤连接器的组成光纤连接器由跳线、尾纤或尾缆、适配器组成。光纤连接器由跳线、尾纤或尾缆、适配器组成。 跳线跳线: 在一段光纤在一段光纤(或单芯光缆或单芯光缆)的两头都装上的两头都装上插头，主要作光配线用；插头，主要作光配线用； 尾纤尾纤: 在一段光纤在一段光纤(或单芯光缆或单芯光缆)的一头装上插头的一头装上插头，主要与光器件相连；，主要与光器件相连； 尾缆尾缆: 在一段多芯光缆的一头装上插头，主要用在一段多芯光缆的一头装上插头，主要用于连接干线和光配线；于连接干线和光