光纤及光缆基础知识培训课件

目录光纤光缆目录光纤光缆1光通信史光纤通信原理光纤的结构光纤光纤的分类光纤的基本参数光纤的制造方法光纤的演变光通信史光纤通信原理光纤的结构光纤光纤2光通信史广义的光通信：存在于我们的日常生活中，无处不在，无时不在。 －旅游、观光 －电影、电视狭义的光通信：是指人类有意识地利用光作为传递信息的手段。 －古代的烽火台 －现代的交通信号灯、航海灯塔等等光通信史广义的光通信：存在于我们的日常生活中，无处不在，无时3光通信史法国人ClaudeChappe第一个建立光电报系统。1790美国人AlexanderGrahamBell

发明了光电话。1880人类发明了新的光源：激光。1958华裔科学家：高锟博士从理论上预言玻璃纤维是理想的光波导。1966康宁公司成功开发出衰减小于20dB/km的商用光纤。1970光通信史上的几个里程碑光通信史法国人ClaudeChappe1790美国人184f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光光纤通信原理f10km1km100m10m1m1cm1dm105m105光纤通信原理光信号光纤通信原理光6发射接收接收发射通信系统的原理框图传输线路光光光光信号处理信号处理光纤通信原理发射接收通信系统的原理框图传输线路光光光光信号处理信号处7线路中继线路中继传输线路的基本组成传输介质传输介质传输介质传输介质线路中继光纤通信原理线路中继线路中继传输线路的基本组成传输介质传输介质传输介质传8入射光线反射光线入射光线11=2传输介质：光纤光的反射和折射定律光在传输过程中，在两种不同的传输介质的界面将产生以下行为：一部分入射光将被反射一部分入射光将进入第二种介质，产生折射介质1折射率n1介质2折射率n22n1·Sin1=n2·Sin2介质1折射率n1介质2折射率n212折射光线光纤通信原理入射光线反射光线入射光线11=2传输介质：光纤光的反射9折射率n＝光在真空中的传播速度/光在该介质中的传播速度全反射：当n1>n2时，随着入射角的不断增加，当入射角达到某一值时，折射角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角0。当入射角大于临界角时，将发生全反射。介质1介质2根据折射定律，我们可以求出临界角，此时2＝90o。即n1·Sin0=n2·Sin90o所以Sin0=n2/n1光纤通信原理传输介质：光纤折射率n＝光在真空中的传播速度/光在该介质中的传播速度全反10包层n2纤芯n1包层n2光纤通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤中心轴线090-0空气n01传输介质：光纤光纤通信原理包层n2纤芯n1包层n2光纤通信正是利用了全反射原理11包层光纤的结构纤芯涂层包层光纤的结构纤芯涂层12按材料分类：二氧化硅系光纤多组份光纤塑料光纤光纤的分类按材料分类：二氧化硅系光纤多组份光纤塑料光纤光纤13用于通信，如：光缆用于传感器，如：光纤陀螺用于传输图像，如：内窥镜其它用途，如用于传输能量按用途分类：光纤的分类用于通信，如：光缆用于传感器，如：光纤陀螺用于传14光纤的分类按传输模式分类：多模光纤：根据电磁波的传播理论，通过解麦克斯韦方程，可以求出光波在该类光纤中是以多种模式(振动状态)向前传播的。它包括LP01、LP11、LP02、LP12、LP21、LP22等等。单模光纤：光波在该类光纤中只以基模LP01的振动方式向前传播。aarEaarELP01LP11LP02光纤的分类按传输模式分类：多模光纤：根据电磁波的传播理论，通15多模光纤单模光纤按传输模式分类：光纤的分类多模光纤单模光纤按传输模式分类：光纤的分类16几何尺寸参数光学及传输特性参数机械特性参数光纤的基本参数环境特性参数几何尺寸参数光学及传输特性参数机械特性参数光纤的17几何尺寸参数dxdyR光纤的基本参数纤芯直径纤芯/包层同心度偏差包层外径(d={dx+dy}/2)包层不圆度(|dmax-dmin|/d)涂层外径包层/涂层同心度偏差光纤翘曲度R几何尺寸参数dxdyR光纤的基本参数纤芯直径纤芯/包18光纤几何尺寸参数典型值纤芯直径(多模光纤)：纤芯直径(单模光纤)：纤芯/包层同心度：包层外径：包层不圆度：涂层外径：包层/涂层同心度：62.5/50m8～10m1.0m125m1m1%245m5m12m光纤翘曲度：4m光纤的基本参数光纤几何尺寸参数典型值纤芯直径(多模光纤)：纤芯直径19光纤的基本参数几何尺寸的精度对光纤的影响光纤的接续损耗光纤的PMD值光纤的基本参数几何尺寸的精度对光纤的影响光纤的接续损耗光纤的20

光纤纤芯

光纤芯径8m，错位2m导致0.7db衰减

纤芯轴向夹角

纤芯有1夹角，导致0.45dB接头损耗

光纤端面倾斜

倾角1时，导致0.2dB接头损耗

光纤芯径不同

芯径相差10%，损耗增加0.01dB光缆接续

光纤对接续影响光纤纤芯光纤芯径8m，错位21如果光纤芯径8m，错位2m导致0.7db衰减如果要求接头损耗<0.1dB，纤芯错位一定要<0.8m2m光纤纤芯：光纤1光纤2光缆接续

如果光纤芯径8m，错位2m导致0.7d22纤芯有1夹角，导致0.45dB接头损耗如果要求接头损耗<0.1dB，纤芯夹角应<0.3纤芯轴向夹角：1光纤1光纤2光缆接续

纤芯有1夹角，导致0.45dB接头损耗纤芯轴向夹23倾角1时，导致0.2dB接头损耗光纤端面倾斜：1光纤1光纤2光缆接续

倾角1时，导致0.2dB接头损耗光纤端面倾斜：124芯径相差10%，损耗增加0.01dB光纤芯径不同：光纤1光纤2光缆接续

芯径相差10%，损耗增加0.01dB光纤芯径不同：光25光学及传输特性参数衰减系数色散系数截止波长弯曲损耗偏振模色散模场直径光纤的基本参数光学及传输特性参数衰减系数色散系数截止波长弯26光学及传输特性参数模场直径：高斯分布的单模光纤，模场直径是光场幅度分布1/e处各点所围成圆的直径，也等于光功率分布1/e2处各点所围成圆的直径。光纤的基本参数光学及传输特性参数模场直径：光纤的基本参数27衰减系数

＝10log(P0/PL)/L 这里； P0输入光功率 PL经过L长度的光纤后的输出光功率 L传输距离P0PLL光学及传输特性参数光纤的基本参数衰减系数＝10log(P0/PL)/LP0PLL光学及传28光学及传输特性参数光纤的基本参数光纤衰减的来源：瑞利散射在红外、紫外区玻璃的固有吸收杂质(OH-离子和过渡金属离子)吸收光纤结构不完善所产生的辐射和散射光学及传输特性参数光纤的基本参数光纤衰减的来源：瑞利散射在红29光学及传输特性参数OH-吸收峰：1383nm(又称为：水峰)光纤的基本参数单模光纤的典型谱衰耗衰减(dB/km)波长(nm)131015500.360.20光学及传输特性参数OH-吸收峰：1383nm光纤的基本参数单30光纤的基本参数光纤的本征衰减由以下几项组成：

由于纤芯折射率的微小变化所产生的瑞利散射(与波长的四次方成反比)在红外、紫外区玻璃的固有吸收杂质(OH离子和过渡金属离子)吸收光纤结构不完善所产生的辐射和散射光纤的附加损耗：

弯曲损耗

－－宏弯损耗－－微弯损耗

氢损光纤的基本参数光纤的本征衰减由以下几项组成：31光纤的基本参数色散：不存在色散时：存在色散时：光纤的基本参数色散：不存在色散时：存在色散时：32色散系数：色散：原义指折射率等物理常数随频率(波长)而变化的现象。光纤的“色散”则是指由于各种因素而使传输常数发生变化的现象。光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散材料色散波导色散色散系数：光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散材料色散波33光纤的基本参数光纤色散包括以下几部分：模式色散(仅发生在多模光纤上)材料色散(光纤材料的折射率与波长相关)结构色散(波导结构与模群的传播速度有关)对于多模光纤，其各部分色散的大小关系如下： 模式色散>>材料色散>结构色散对于多模光纤，可以通过设计合理纤折射率分布大大减小模式色散。光纤的基本参数光纤色散包括以下几部分：34光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散：传输常数随传输模的不同而变化。模式色散只发生在多模光纤上。RnRn阶跃折射率分布的多模光纤渐变折射率分布的多模光纤光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散：传输常数随传输模的35光学及传输特性参数光纤的基本参数材料色散：由于材料的折射率随波长变化而导致的传输常数的变化。光学及传输特性参数光纤的基本参数材料色散：由于材料的折射率随36包层n2包层n2纤芯n1光学及传输特性参数光纤的基本参数波导色散：由于波导结构引起的传输常数的变化。12<1rr包层n2包层n2纤芯n1光学及传输特性参数光纤的基本参数波导37光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散>>材料色散>波导色散光学及传输特性参数光纤的基本参数模式>>材料>波导3884-401200-818001400150016001700132nm1 非色散位移光纤2 色散位移光纤3 色散平坦光纤4非零色散位移光纤nm.kmps不同光纤的色散曲线光纤的基本参数4D84-401200-8180014001500160017039弯曲损耗：宏弯损耗：是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时，所引入的附加损耗。微弯损耗：是指光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。光纤的基本参数光学及传输特性参数弯曲损耗：光纤的基本参数光学及传输特性参数40偏振模色散：

基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延差，从而引入偏振模色散光纤的基本参数光学及传输特性参数偏振模色散：光纤的基本参数光学及传输特性参数41光学及传输特性参数典型值衰减系数：色散系数：截止波长：弯曲损耗：偏振模色散：1310nm波长处：0.36dB/km1550nm波长处：0.22dB/km1310nm波长处：0ps/(nm•km)1550nm波长处：18ps/(nm•km)cc1260nm以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减：0.05dBPMD0.2ps/(km)1/2模场直径：1310nm:8-10m;1550nm:9-11m光纤的基本参数光学及传输特性参数典型值衰减系数：色散系数：截止42机械特性参数光纤筛选应力水平光纤抗张强度光纤动态疲劳参数光纤静态疲劳参数筛选应力：0.69GPa持续时间：1s典型值：500kpsind20ns20光纤的基本参数机械特性参数光纤筛选应力水平光纤抗张强度光纤动态43光纤温度衰减特性光纤浸水性能光纤老化性能环境性能参数-60oC~+85oC下附加衰减：0.05dB/km23oC下，浸水14天后附加衰减：0.05dB/km温度湿度衰减特性-10oC~+85oC，98%RH下附加衰减：0.05dB/km85oC下老化一个月后附加衰减：0.05dB/km光纤的基本参数光纤温度衰减特性光纤浸水性能光纤老化性能环境性能44制造光纤的基本化学反应式如下： SiCl4+O2=SiO2+2Cl2

GeCl4+O2=GeO2+2Cl2其工艺流程如下：制棒脱水烧缩抛光拉丝筛选、复绕光纤的制造方法制造光纤的基本化学反应式如下：其工艺流程如下：制棒脱水烧缩抛45根据预制棒生产方式的不同，光纤制造方法可分为以下四种：改进的化学气相沉积法(MCVD)等离子激活化学气相沉积法(PCVD)真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔谐振器排气喷灯管子O2SiCl4GeCl4光纤的制造方法根据预制棒生产方式的不同，光纤制造方法可分为以下四种：改进的46管外气相沉积法(OVD)喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2多孔预制棒喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2O2+H2多孔预制棒轴向气相沉积法(VAD)光纤的制造方法管外气相沉积法(OVD)喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H47拉丝： 高洁净度 氮气保护 高速涂覆 快速冷却预制棒驱动机构石墨炉预制棒在线测径仪在线测径仪涂覆模涂覆模UV固化炉UV固化炉收线盘光纤的制造方法拉丝：预制棒驱动机构石墨炉预制棒在线测径仪在线测径仪涂覆模涂48光纤的演变多模光纤单模光纤工作波长：850nm1310nm1550nm1310&1550nm1530~1565/1625nm1260~1625nm光纤的演变多模光纤单模光纤工作波长：850nm1310nm149单模光纤的演变G.652光纤G.653光纤G.654光纤G.655光纤最成熟的单模光纤，但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。过渡性的单模光纤，通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。过渡性的单模光纤，把零色散点移到了衰减最小的波长。一种新型的单模光纤，把最小的衰减与小的色散结合在一起。光纤的演变单模光纤的演变G.652光纤G.653光纤G.654光纤G.50ITU-TG.652光纤短距离大容量传输系统A类G.652光纤B类G.652光纤C类G.652光纤普通容量传输系统高速率传输系统(10Gb/s)粗波分复用传输系统G.652光纤的特点最成熟的一种单模光纤最小的衰减窗口与最小色散窗口分离光纤的演变ITU-TG.652光纤短距离大容量传输系统A类G.65251高速率大容量传输系统ITU-TG.655光纤长途陆地系统长途海底系统城域网系统如：Corning的Leaf光纤，Lucent的TrueWaveRS光纤如：Corning的SubmarineLeaf光纤Lucent的TrueWaveXL光纤如：Corning的MetroCor光纤G.655光纤的特点最新的一种单模光纤；充分利用C/L波段衰减小和其为EDFA工作波段的特点；较小的色散有利于高速传输，同时又能有效抑制非线性效应光纤的演变高速率大容量传输系统ITU-TG.655光纤长途陆地系统长52光缆的设计光缆的结构光缆的制造光缆的分类光缆几种常用光缆光缆的设计光缆的结构光缆的制造光缆的分类光53目的：为光纤提供足够的保护正确设计光缆结构，精确控制光纤余长光缆设计中应着重考虑的问题避免光纤受到应力作用消除光纤的宏弯与微弯损耗解决之道光缆的设计目的：为光纤提供足够的保护正确设计光缆结构，精确控制光纤余长54层绞式光缆余长由绞合节距确定中心束管式光缆余长由螺旋产生光缆的设计层绞式光缆余长中心束管式光缆光缆的设计55受张力时，套管伸长。Elongationofthetubesbytension.低温状态下套管收缩。Shrinkageofthetubesunderlowtemperature光纤/fibre理想的光纤位置。Idealfibreposition.光缆的设计受张力时，套管伸长。低温状态下套管收缩。光纤/fibre理56受张力时，套管伸长。室温，无张力。低温状态下套管收缩。光纤光纤光纤光缆的设计受张力时，室温，低温状态下光纤光纤光纤光缆的设计57按使用环境分类室外光缆管道光缆架空光缆直埋光缆水下光缆海底光缆室内光缆数据光缆配线光缆设备光缆控制光缆应急光缆光缆的分类按使用环境分类室外光缆室内光缆光缆的分类58按网络分类长途干线网用光缆连接各大城市，长度可达数千公里光缆的分类按网络分类长途干线网用光缆光缆的分类59按网络分类本地网用光缆连接大城市及其周边地区，长度可达百公里以上光缆的分类按网络分类本地网用光缆光缆的分类60按网络分类接入网用光缆连接中心交换局与最终用户，又称为通信的最后一公里。中心交换局光缆铜缆光网络单元FTTCFTTBFTTH光缆的分类按网络分类接入网用光缆中心交换局光缆铜缆光网络单元FTTCF61按缆芯结构分类层绞式结构中心管式结构骨架式结构光缆的分类按缆芯结构分类层绞式结构中心管式结构骨架式结构光62按光纤单元分类单纤光缆：采用散纤或光纤束作为基本的光纤单元可采用中心管式，层绞式或骨架式结构用于长途和本地网以及局间中继光纤带光缆：采用光纤带作为基本的光纤单元可采用中心管式，层绞式或骨架式结构用于接入网或局间中继光缆的分类按光纤单元分类单纤光缆：采用散纤或光纤束作为基本的光纤单63光缆的分类按敷设方式分类管道式光缆架空式光缆直埋式光缆水底式光缆海底式光缆光缆的分类按敷设方式分类管道式光缆架空式光缆直埋式光缆水底式64光缆的分类按特殊性分类普通要求光缆特殊要求光缆全非金属光缆阻燃光缆防白蚁光缆光缆的分类按特殊性分类普通要求光缆特殊要求光缆全非金属光缆阻65光缆的结构光缆的基本结构组成加强件钢丝、FRP、芳纶等等光纤单元光纤、光纤束、光纤带缆芯层绞式、中心管、骨架护套铝塑、钢塑、钢丝护套光缆的结构光缆的基本结构组成加强件钢丝、FRP、芳纶等等光纤66上色在无色的一次涂覆光纤外着上一层颜色，以便于识别不同的光纤。按照国际标准，共有12种标准颜色，分别为：兰、桔、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿光缆的制造上色在无色的一次涂覆光纤外着上一层颜色，以便于识别不同的67束纤当同一套管中的光纤数目超过12根时，须采用不同颜色的纱线把一定数量不同颜色的光纤(不超过12根)扎成一束，以便光纤于识别光缆的制造束纤当同一套管中的光纤数目超过12根时，须采用不同颜色的68成带12芯光纤带针对需要极大芯数光缆的应用，先把一定数量的光纤通过成带工序制成光纤带，再以光纤带为基本单元制成光缆，以提高光缆的封装密度。光缆的制造成带12芯光纤带针对需要极大芯数光缆的应用，先把一定数69套塑在光纤外挤上一层套管，并使光纤松驰地置于套管中，套管内填充胶状的油膏。光缆的制造套塑在光纤外挤上一层套管，并使光纤松驰地置于套管中，套70成缆把一定数量的松套管以一定的节距绞在中心加强件上以制成层绞式光缆的缆芯光缆的制造成缆把一定数量的松套管以一定的节距绞在中心加强件上以制成71护套架空、管道式光缆直埋式光缆水下光缆根据运用环境的不同，分别在缆芯上加上金属挡潮层或金属铠装层或非金属加强层以及内外护套光缆的制造护套架空、管道式光缆直埋式光缆水下光缆根据运用环境的不同72几种常用的光缆中心加强钢丝centralsteelwire双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻水油膏floodingcompound双面涂塑铝带aluminumtapePE外护套PEjacket光缆型号：GYTA2-216使用场合：管道、架空几种常用的光缆中心加强钢丝双层松套管填充纤膏包带阻水油膏双73几种常用的光缆中心加强钢丝centralsteelwire双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻水油膏floodingcompound双面涂塑钢带corrugatedsteeltapePE外护套PEjacket光缆型号：GYTS2-216使用场合：管道、架空几种常用的光缆中心加强钢丝双层松套管填充纤膏包带阻水油膏双74几种常用的光缆非金属中心加强件FRP双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound阻水油膏floodingcompound芳纶纱aramidyarnPE外护套PEjacket光缆型号：GYFTY2-216使用场合：强电场地区管道、架空几种常用的光缆非金属中心加强件双层松套管填充纤膏阻水油膏芳75几种常用的光缆中心加强钢丝centralsteelwire填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻水油膏floodingcompound双面涂塑铝带aluminumtapePE内护套innerPEjacket轧纹钢带corrugatedsteeltapePE内护套innerPEjacket铠装钢丝armoringsteelwirePE外护套outerPEjacket光缆型号：GYTA53332-216使用场合：水下、爬坡双层松套管doublelayerbuffertube几种常用的光缆中心加强钢丝填充纤膏包带阻水油膏双面涂塑铝带P76几种常用的光缆钢绞线strandedsteelwire双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻水油膏floodingcompound双面涂塑钢带corrugatedsteeltapePE外护套PEjacket吊带hangingbelt中心加强钢丝centralsteelwire光缆型号：GYTC8S2-144使用场合：自承式架空几种常用的光缆钢绞线双层松套管填充纤膏包带阻水油膏双面涂塑7712芯(24芯)光纤带光纤油膏光纤带松套管加强钢丝填充阻水油膏双面涂塑轧纹钢带PE外护套撕裂绳光缆型号：GYDXTW12-600使用场合：管道、架空几种常用的光缆12芯(24芯)光纤带光纤油膏光纤带松套管加强钢丝填充阻水油78双面涂塑轧纹铝带6芯光纤带光纤油膏光纤带送套管加强钢丝填充阻水油膏PE外护套撕裂绳无纺布包带光缆型号：GYDTA6-288使用场合：管道、架空几种常用的光缆双面涂塑轧纹铝带6芯光纤带光纤油膏光纤带送套管加强钢丝填充79几种常用的光缆双面涂塑轧纹铝带12芯光纤带光纤油膏光纤带松套管加强钢丝填充阻水油膏PE外护套撕裂绳无纺布包带光缆型号：GYDTA12-432使用场合：管道、架空几种常用的光缆双面涂塑轧纹铝带12芯光纤带光纤油膏光纤带松80光通信技术的发展趋势光纤光缆中继传输交换网络针对不同运用进行优化芯数不断增加，越来越靠近用户传统的电中继向光中继转化时分复用及波分复用走向商用传统的电路交换向光交换演变网络向智能全光网方向发展光通信技术的发展趋势光纤光缆中继传输交换网络针对不同运用进行81光缆干线光缆芯数中国电信新的一级干线芯数达96芯，美国的网络运营商Aerie敷设的干线光缆达432芯接入网用光缆中国接入网用光缆已达432芯，日本已在接入网中大量敷设多达1000芯的光缆光通信技术的发展趋势光缆干线光中国电信新的一级干线芯数达96芯，接入网中国接入网82线路中继线路中继功能信号同步(Retiming)信号整形(Reshaping)信号再生(Regenerating)光通信技术的发展趋势线路中继线路功能信号同步(Retiming)信号整形(R83光放大器泵浦光源光放大技术(如EDFA)光中继成为可能线路中继光通信技术的发展趋势光放泵浦光放大技术光中继线路中继光通信技术的发展趋势84光接收端光发射端电信号处理光信号输入光信号输出传统的电中继全新的光中继光信号处理光信号输入光信号输出光通信技术的发展趋势光接光发电信号光信号输入光信号输出传统的电中继全新的光中继光85空分复用时分复用波分复用光通信技术的发展趋势空分时分波分光通信技术的发展趋势86传输时分复用＋波分复用超高速率超大容量传输系统时分复用时分复用波分复用去复用去复用去复用光通信技术的发展趋势传输时分＋波分超高速率时时波去去去光通信技术的发展趋势87ABCD点到点系统无需交换介入多点组成的网络交换实际的网络系统呈现为复杂的网状结构光通信技术的发展趋势交换ABCD点到点系统无需交换介入多点组成的网络交换实际的网络系88传输波分复用及时分复用的进展长途城域1x10Gb/s1x40Gb/s16x2.5Gb/s4x10Gb/s32x2.5Gb/s2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s160Gb/s32x10Gb/s2.5Gb/sOC-192STM-64OC-768STM-25616x40Gb/s64x2.5Gb/s16x10Gb/s128x2.5Gb/s4x40Gb/s40x10Gb/sOC-48STM-16总带宽正在研制和开发的产品已投产的产品已发布的产品光通信技术的发展趋势传输波分复用及时分复用的进展长途城域1x10G89光信号接收电信号电交换电信号光信号发射传统的电交换技术全新的光交换技术光信号接收光交换光信号发射光通信技术的发展趋势光信号电电电光信号传统的电交换技术全新的光交换技术光信号光光90交换电交换光交换及波长交换MEMS系统固态光交换光通信技术的发展趋势交换电交换光交换及波长交换MEMS系统固态光交换光通信技术的91网络骨干网城域网接入网核心传送网边缘汇接网光通信技术的发展趋势网络骨干网城域网接入网核心传送网边缘汇接网光通信技术的发展趋92网络核芯传送网光放大技术波分复用技术光交换技术接入网已大量使用光纤，如北京、上海、广州以及经济发达地区的中等城市城域网光通信技术的发展趋势网络核芯传光放大技术波分复用技术光交换技术接入网已大量使用光93网络点对点光－电－光网络网格状智能全光网络光通信技术的发展趋势网络点对点网格状光通信技术的发展趋势94谢谢！谢谢！95目录光纤光缆目录光纤光缆96光通信史光纤通信原理光纤的结构光纤光纤的分类光纤的基本参数光纤的制造方法光纤的演变光通信史光纤通信原理光纤的结构光纤光纤97光通信史广义的光通信：存在于我们的日常生活中，无处不在，无时不在。 －旅游、观光 －电影、电视狭义的光通信：是指人类有意识地利用光作为传递信息的手段。 －古代的烽火台 －现代的交通信号灯、航海灯塔等等光通信史广义的光通信：存在于我们的日常生活中，无处不在，无时98光通信史法国人ClaudeChappe第一个建立光电报系统。1790美国人AlexanderGrahamBell

发明了光电话。1880人类发明了新的光源：激光。1958华裔科学家：高锟博士从理论上预言玻璃纤维是理想的光波导。1966康宁公司成功开发出衰减小于20dB/km的商用光纤。1970光通信史上的几个里程碑光通信史法国人ClaudeChappe1790美国人1899f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光光纤通信原理f10km1km100m10m1m1cm1dm105m10100光纤通信原理光信号光纤通信原理光101发射接收接收发射通信系统的原理框图传输线路光光光光信号处理信号处理光纤通信原理发射接收通信系统的原理框图传输线路光光光光信号处理信号处102线路中继线路中继传输线路的基本组成传输介质传输介质传输介质传输介质线路中继光纤通信原理线路中继线路中继传输线路的基本组成传输介质传输介质传输介质传103入射光线反射光线入射光线11=2传输介质：光纤光的反射和折射定律光在传输过程中，在两种不同的传输介质的界面将产生以下行为：一部分入射光将被反射一部分入射光将进入第二种介质，产生折射介质1折射率n1介质2折射率n22n1·Sin1=n2·Sin2介质1折射率n1介质2折射率n212折射光线光纤通信原理入射光线反射光线入射光线11=2传输介质：光纤光的反射104折射率n＝光在真空中的传播速度/光在该介质中的传播速度全反射：当n1>n2时，随着入射角的不断增加，当入射角达到某一值时，折射角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角0。当入射角大于临界角时，将发生全反射。介质1介质2根据折射定律，我们可以求出临界角，此时2＝90o。即n1·Sin0=n2·Sin90o所以Sin0=n2/n1光纤通信原理传输介质：光纤折射率n＝光在真空中的传播速度/光在该介质中的传播速度全反105包层n2纤芯n1包层n2光纤通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤中心轴线090-0空气n01传输介质：光纤光纤通信原理包层n2纤芯n1包层n2光纤通信正是利用了全反射原理106包层光纤的结构纤芯涂层包层光纤的结构纤芯涂层107按材料分类：二氧化硅系光纤多组份光纤塑料光纤光纤的分类按材料分类：二氧化硅系光纤多组份光纤塑料光纤光纤108用于通信，如：光缆用于传感器，如：光纤陀螺用于传输图像，如：内窥镜其它用途，如用于传输能量按用途分类：光纤的分类用于通信，如：光缆用于传感器，如：光纤陀螺用于传109光纤的分类按传输模式分类：多模光纤：根据电磁波的传播理论，通过解麦克斯韦方程，可以求出光波在该类光纤中是以多种模式(振动状态)向前传播的。它包括LP01、LP11、LP02、LP12、LP21、LP22等等。单模光纤：光波在该类光纤中只以基模LP01的振动方式向前传播。aarEaarELP01LP11LP02光纤的分类按传输模式分类：多模光纤：根据电磁波的传播理论，通110多模光纤单模光纤按传输模式分类：光纤的分类多模光纤单模光纤按传输模式分类：光纤的分类111几何尺寸参数光学及传输特性参数机械特性参数光纤的基本参数环境特性参数几何尺寸参数光学及传输特性参数机械特性参数光纤的112几何尺寸参数dxdyR光纤的基本参数纤芯直径纤芯/包层同心度偏差包层外径(d={dx+dy}/2)包层不圆度(|dmax-dmin|/d)涂层外径包层/涂层同心度偏差光纤翘曲度R几何尺寸参数dxdyR光纤的基本参数纤芯直径纤芯/包113光纤几何尺寸参数典型值纤芯直径(多模光纤)：纤芯直径(单模光纤)：纤芯/包层同心度：包层外径：包层不圆度：涂层外径：包层/涂层同心度：62.5/50m8～10m1.0m125m1m1%245m5m12m光纤翘曲度：4m光纤的基本参数光纤几何尺寸参数典型值纤芯直径(多模光纤)：纤芯直径114光纤的基本参数几何尺寸的精度对光纤的影响光纤的接续损耗光纤的PMD值光纤的基本参数几何尺寸的精度对光纤的影响光纤的接续损耗光纤的115

光纤纤芯

光纤芯径8m，错位2m导致0.7db衰减

纤芯轴向夹角

纤芯有1夹角，导致0.45dB接头损耗

光纤端面倾斜

倾角1时，导致0.2dB接头损耗

光纤芯径不同

芯径相差10%，损耗增加0.01dB光缆接续

光纤对接续影响光纤纤芯光纤芯径8m，错位116如果光纤芯径8m，错位2m导致0.7db衰减如果要求接头损耗<0.1dB，纤芯错位一定要<0.8m2m光纤纤芯：光纤1光纤2光缆接续

如果光纤芯径8m，错位2m导致0.7d117纤芯有1夹角，导致0.45dB接头损耗如果要求接头损耗<0.1dB，纤芯夹角应<0.3纤芯轴向夹角：1光纤1光纤2光缆接续

纤芯有1夹角，导致0.45dB接头损耗纤芯轴向夹118倾角1时，导致0.2dB接头损耗光纤端面倾斜：1光纤1光纤2光缆接续

倾角1时，导致0.2dB接头损耗光纤端面倾斜：1119芯径相差10%，损耗增加0.01dB光纤芯径不同：光纤1光纤2光缆接续

芯径相差10%，损耗增加0.01dB光纤芯径不同：光120光学及传输特性参数衰减系数色散系数截止波长弯曲损耗偏振模色散模场直径光纤的基本参数光学及传输特性参数衰减系数色散系数截止波长弯121光学及传输特性参数模场直径：高斯分布的单模光纤，模场直径是光场幅度分布1/e处各点所围成圆的直径，也等于光功率分布1/e2处各点所围成圆的直径。光纤的基本参数光学及传输特性参数模场直径：光纤的基本参数122衰减系数

＝10log(P0/PL)/L 这里； P0输入光功率 PL经过L长度的光纤后的输出光功率 L传输距离P0PLL光学及传输特性参数光纤的基本参数衰减系数＝10log(P0/PL)/LP0PLL光学及传123光学及传输特性参数光纤的基本参数光纤衰减的来源：瑞利散射在红外、紫外区玻璃的固有吸收杂质(OH-离子和过渡金属离子)吸收光纤结构不完善所产生的辐射和散射光学及传输特性参数光纤的基本参数光纤衰减的来源：瑞利散射在红124光学及传输特性参数OH-吸收峰：1383nm(又称为：水峰)光纤的基本参数单模光纤的典型谱衰耗衰减(dB/km)波长(nm)131015500.360.20光学及传输特性参数OH-吸收峰：1383nm光纤的基本参数单125光纤的基本参数光纤的本征衰减由以下几项组成：

由于纤芯折射率的微小变化所产生的瑞利散射(与波长的四次方成反比)在红外、紫外区玻璃的固有吸收杂质(OH离子和过渡金属离子)吸收光纤结构不完善所产生的辐射和散射光纤的附加损耗：

弯曲损耗

－－宏弯损耗－－微弯损耗

氢损光纤的基本参数光纤的本征衰减由以下几项组成：126光纤的基本参数色散：不存在色散时：存在色散时：光纤的基本参数色散：不存在色散时：存在色散时：127色散系数：色散：原义指折射率等物理常数随频率(波长)而变化的现象。光纤的“色散”则是指由于各种因素而使传输常数发生变化的现象。光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散材料色散波导色散色散系数：光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散材料色散波128光纤的基本参数光纤色散包括以下几部分：模式色散(仅发生在多模光纤上)材料色散(光纤材料的折射率与波长相关)结构色散(波导结构与模群的传播速度有关)对于多模光纤，其各部分色散的大小关系如下： 模式色散>>材料色散>结构色散对于多模光纤，可以通过设计合理纤折射率分布大大减小模式色散。光纤的基本参数光纤色散包括以下几部分：129光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散：传输常数随传输模的不同而变化。模式色散只发生在多模光纤上。RnRn阶跃折射率分布的多模光纤渐变折射率分布的多模光纤光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散：传输常数随传输模的130光学及传输特性参数光纤的基本参数材料色散：由于材料的折射率随波长变化而导致的传输常数的变化。光学及传输特性参数光纤的基本参数材料色散：由于材料的折射率随131包层n2包层n2纤芯n1光学及传输特性参数光纤的基本参数波导色散：由于波导结构引起的传输常数的变化。12<1rr包层n2包层n2纤芯n1光学及传输特性参数光纤的基本参数波导132光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散>>材料色散>波导色散光学及传输特性参数光纤的基本参数模式>>材料>波导13384-401200-818001400150016001700132nm1 非色散位移光纤2 色散位移光纤3 色散平坦光纤4非零色散位移光纤nm.kmps不同光纤的色散曲线光纤的基本参数4D84-401200-81800140015001600170134弯曲损耗：宏弯损耗：是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时，所引入的附加损耗。微弯损耗：是指光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。光纤的基本参数光学及传输特性参数弯曲损耗：光纤的基本参数光学及传输特性参数135偏振模色散：

基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延差，从而引入偏振模色散光纤的基本参数光学及传输特性参数偏振模色散：光纤的基本参数光学及传输特性参数136光学及传输特性参数典型值衰减系数：色散系数：截止波长：弯曲损耗：偏振模色散：1310nm波长处：0.36dB/km1550nm波长处：0.22dB/km1310nm波长处：0ps/(nm•km)1550nm波长处：18ps/(nm•km)cc1260nm以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减：0.05dBPMD0.2ps/(km)1/2模场直径：1310nm:8-10m;1550nm:9-11m光纤的基本参数光学及传输特性参数典型值衰减系数：色散系数：截止137机械特性参数光纤筛选应力水平光纤抗张强度光纤动态疲劳参数光纤静态疲劳参数筛选应力：0.69GPa持续时间：1s典型值：500kpsind20ns20光纤的基本参数机械特性参数光纤筛选应力水平光纤抗张强度光纤动态138光纤温度衰减特性光纤浸水性能光纤老化性能环境性能参数-60oC~+85oC下附加衰减：0.05dB/km23oC下，浸水14天后附加衰减：0.05dB/km温度湿度衰减特性-10oC~+85oC，98%RH下附加衰减：0.05dB/km85oC下老化一个月后附加衰减：0.05dB/km光纤的基本参数光纤温度衰减特性光纤浸水性能光纤老化性能环境性能139制造光纤的基本化学反应式如下： SiCl4+O2=SiO2+2Cl2

GeCl4+O2=GeO2+2Cl2其工艺流程如下：制棒脱水烧缩抛光拉丝筛选、复绕光纤的制造方法制造光纤的基本化学反应式如下：其工艺流程如下：制棒脱水烧缩抛140根据预制棒生产方式的不同，光纤制造方法可分为以下四种：改进的化学气相沉积法(MCVD)等离子激活化学气相沉积法(PCVD)真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔谐振器排气喷灯管子O2SiCl4GeCl4光纤的制造方法根据预制棒生产方式的不同，光纤制造方法可分为以下四种：改进的141管外气相沉积法(OVD)喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2多孔预制棒喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2O2+H2多孔预制棒轴向气相沉积法(VAD)光纤的制造方法管外气相沉积法(OVD)喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H142拉丝： 高洁净度 氮气保护 高速涂覆 快速冷却预制棒驱动机构石墨炉预制棒在线测径仪在线测径仪涂覆模涂覆模UV固化炉UV固化炉收线盘光纤的制造方法拉丝：预制棒驱动机构石墨炉预制棒在线测径仪在线测径仪涂覆模涂143光纤的演变多模光纤单模光纤工作波长：850nm1310nm1550nm1310&1550nm1530~1565/1625nm1260~1625nm光纤的演变多模光纤单模光纤工作波长：850nm1310nm1144单模光纤的演变G.652光纤G.653光纤G.654光纤G.655光纤最成熟的单模光纤，但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。过渡性的单模光纤，通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。过渡性的单模光纤，把零色散点移到了衰减最小的波长。一种新型的单模光纤，把最小的衰减与小的色散结合在一起。光纤的演变单模光纤的演变G.652光纤G.653光纤G.654光纤G.145ITU-TG.652光纤短距离大容量传输系统A类G.652光纤B类G.652光纤C类G.652光纤普通容量传输系统高速率传输系统(10Gb/s)粗波分复用传输系统G.652光纤的特点最成熟的一种单模光纤最小的衰减窗口与最小色散窗口分离光纤的演变ITU-TG.652光纤短距离大容量传输系统A类G.652146高速率大容量传输系统ITU-TG.655光纤长途陆地系统长途海底系统城域网系统如：Corning的Leaf光纤，Lucent的TrueWaveRS光纤如：Corning的SubmarineLeaf光纤Lucent的TrueWaveXL光纤如：Corning的MetroCor光纤G.655光纤的特点最新的一种单模光纤；充分利用C/L波段衰减小和其为EDFA工作波段的特点；较小的色散有利于高速传输，同时又能有效抑制非线性效应光纤的演变高速率大容量传输系统ITU-TG.655光纤长途陆地系统长147光缆的设计光缆的结构光缆的制造光缆的分类光缆几种常用光缆光缆的设计光缆的结构光缆的制造光缆的分类光148目的：为光纤提供足够的保护正确设计光缆结构，精确控制光纤余长光缆设计中应着重考虑的问题避免光纤受到应力作用消除光纤的宏弯与微弯损耗解决之道光缆的设计目的：为光纤提供足够的保护正确设计光缆结构，精确控制光纤余长149层绞式光缆余长由绞合节距确定中心束管式光缆余长由螺旋产生光缆的设计层绞式光缆余长中心束管式光缆光缆的设计150受张力时，套管伸长。Elongationofthetubesbytension.低温状态下套管收缩。Shrinkageofthetubesunderlowtemperature光纤/fibre理想的光纤位置。Idealfibreposition.光缆的设计受张力时，套管伸长。低温状态下套管收缩。光纤/fibre理151受张力时，套管伸长。室温，无张力。低温状态下套管收缩。光纤光纤光纤光缆的设计受张力时，室温，低温状态下光纤光纤光纤光缆的设计152按使用环境分类室外光缆管道光缆架空光缆直埋光缆水下光缆海底光缆室内光缆数据光缆配线光缆设备光缆控制光缆应急光缆光缆的分类按使用环境分类室外光缆室内光缆光缆的分类153按网络分类长途干线网用光缆连接各大城市，长度可达数千公里光缆的分类按网络分类长途干线网用光缆光缆的分类154按网络分类本地网用光缆连接大城市及其周边地区，长度可达百公里以上光缆的分类按网络分类本地网用光缆光缆的分类155按网络分类接入网用光缆连接中心交换局与最终用户，又称为通信的最后一公里。中心交换局光缆铜缆光网络单元FTTCFTTBFTTH光缆的分类按网络分类接入网用光缆中心交换局光缆铜缆光网络单元FTTCF156按缆芯结构分类层绞式结构中心管式结构骨架式结构光缆的分类按缆芯结构分类层绞式结构中心管式结构骨架式结构光157按光纤单元分类单纤光缆：采用散纤或光纤束作为基本的光纤单元可采用中心管式，层绞式或骨架式结构用于长途和本地网以及局间中继光纤带光缆：采用光纤带作为基本的光纤单元可采用中心管式，层绞式或骨架式结构用于接入网或局间中继光缆的分类按光纤单元分类单纤光缆：采用散纤或光纤束作为基本的光纤单158光缆的分类按敷设方式分类管道式光缆架空式光缆直埋式光缆水底式光缆海底式光缆光缆的分类按敷设方式分类管道式光缆架空式光缆直埋式光缆水底式159光缆的分类按特殊性分类普通要求光缆特殊要求光缆全非金属光缆阻燃光缆防白蚁光缆光缆的分类按特殊性分类普通要求光缆特殊要求光缆全非金属光缆阻160光缆的结构光缆的基本结构组成加强件钢丝、FRP、芳纶等等光纤单元光纤、光纤束、光纤带缆芯层绞式、中心管、骨架护套铝塑、钢塑、钢丝护套光缆的结构光缆的基本结构组成加强件钢丝、FRP、芳纶等等光纤161上色在无色的一次涂覆光纤外着上一层颜色，以便于识别不同的光纤。按照国际标准，共有12种标准颜色，分别为：兰、桔、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿光缆的制造上色在无色的一次涂覆光纤外着上一层颜色，以便于识别不同的162束纤当同一套管中的光纤数目超过12根时，须采用不同颜色的纱线把一定数量不同颜色的光纤(不超过12根)扎成一束，以便光纤于识别光缆的制造束纤当同一套管中的光纤数目超过12根时，须采用不同颜色的163成带12芯光纤带针对需要极大芯数光缆的应用，先把一定数量的光纤通过成带工序制成光纤带，再以光纤带为基本单元制成光缆，以提高光缆的封装密度。光缆的制造成带12芯光纤带针对需要极大芯数光缆的应用，先把一定数164套塑在光纤外挤上一层套管，并使光纤松驰地置于套管中，套管内填充胶状的油膏。光缆的制造套塑在光纤外挤上一层套管，并使光纤松驰地置于套管中，套165成缆把一定数量的松套管以一定的节距绞在中心加强件上以制成层绞式光缆的缆芯光缆的制造成缆把一定数量的松套管以一定的节距绞在中心加强件上以制成166护套架空、管道式光缆直埋式光缆水下光缆根据运用环境的不同，分别在缆芯上加上金属挡潮层或金属铠装层或非金属加强层以及内外护套光缆的制造护套架空、管道式光缆直埋式光缆水下光缆根据运用环境的不同167几种常用的光缆中心加强钢丝centralsteelwire双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻水油膏floodingcompound双面涂塑铝带aluminumtapePE外护套PEjacket光缆型号：GYTA2-216使用场合：管道、架空几种常用的光缆中心加强钢丝双层松套管填充纤膏包带阻水油膏双168几种常用的光缆中心加强钢丝centralsteelwire双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻水油膏floodingcompound双面涂塑钢带corrugatedsteeltapePE外护套PEjacket光缆型号：GYTS2-216使用场合：管道、架空几种常用的光缆中心加强钢丝双层松套管填充纤膏包带阻水油膏双169几种常用的光缆非金属中心加强件FRP双层松套管doublelayerbuffertube填充纤膏fillingcompound阻水油膏floodingcompound芳纶纱aramidyarnPE外护套PEjacket光缆型号：GYFTY2-216使用场合：强电场地区管道、架空几种常用的光缆非金属中心加强件双层松套管填充纤膏阻水油膏芳170几种常用的光缆中心加强钢丝centralsteelwire填充纤膏fillingcompound包带wrappingtape阻