光纤通信技术基础0102 2014 0302

光纤通信技术基础主讲人:魏淮,曹继红北京交通大学光波技术研究所2023/2/51北京交通大学光波技术研究所2023/2/52超净实验室2023/2/532004年在G652光纤上实现了1610Gb/s3000公里超长距离无电中继传输2023/2/54注意事项

课时安排：周学时:4,共12周考核30%平时+70%期末考试答疑地点：北京交通大学光波楼310，306

电话：51684017，516840162023/2/55参考文献

光波导理论，吴重庆，清华大学出版社，2004

非线性光纤光学原理及应用，G.P.Agrawal,电子工业出版社，2002介质光波导理论，D.Marcus，人民邮电出版社，1982导波光学，范崇澄等编著，北京理工大学出版社，1988年光纤通信系统

G.P.Agrawal，清华大学出版社，2004OpticalFiberTelecommunicationsI,IV，TingyeLi，AcademicPress2002光纤通信，

[美]甘民乐，厉鼎毅，北京邮电大学出版社2006光纤通信，G.Keiser,电子工业出版社，2002光纤光学，廖延彪，清华大学出版社，20002023/2/56教材以及课程内容A光纤技术基础B光通信器件技术基础

C光纤通信系统和网络

D光纤与光纤通信系统测量

本门课程主要内容2023/2/57课程内容引论

一维平面光波导光纤模式理论单模光纤

光纤色散

光纤中的光学非线性

基本概念理论基础电磁理论基础2023/2/58关于这门课程学习光纤通信的重要性所有的骨干网已是光纤通信的天下无线通信的基站之间的通信离不开光纤通信随着网络业务的发展带宽需求不断增长光纤到户成为发展趋势在通信领域如果不了解光纤通信那就像现代人不了解互联网一样落后于时代发展。2023/2/59光纤通信与互联网技术的同步发展1966年ARPANET1974年，管理计算机和因特网之间连接的封包协议由VintonGCerf和RobertEKahn以论文的形式发表出来。这个论文中有关数据包封装和交换的技术，也就是最后被称作TCP/IP的协议，使得网络互联成为了可能。万维网（WorldWideWeb）在早期的超文本试验中逐步形成了。最终项目在1990年提交给CERN，命名为万维网:超文本项目计划90年代互联网迅速发展1966年，高锟(C.K.Kao)及其同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其发表的研究论文1970年，美国Corning，OVD，20dB/km，4dB/km

，1974年，美国AT&T，MCVD，性能更优越80年代末期EDFA发明，光放大代替电中继，使得长距离宽带全光传输实现。90年代WDM迅速发展2023/2/510光纤通信的巨大优势损耗低（0.2dB/km，中继距离50～100km，铜缆为1～5km）传输容量大（单根光纤400nm，50THz，每根光缆可容纳数十～数百芯光纤）重量轻，体积小（27g/kmfiber）石英资源丰富，光纤成本低系统造价与维护成本大幅降低抗电磁干扰，不易串音，抗雷击，保密性强通信质量高（光纤系统误码率优于10－10）2023/2/511课程特点，学习方法本行业特点：新技术，涉及范围广，发展快本课程的特点：知识广，理论有一定深度2023/2/512第一章引论1.1、电通信技术的发展1.2光通信的必要性及其技术基础1.3光纤通信技术的历史、现状与未来1.4、光纤制造技术和光缆1.5、光纤基本特性1.6、半导体光电子器件1.7、光纤传输技术的发展2023/2/513通信信息的记录和交流与人类文明发展史密切相关语言文字印刷造纸无线电和电话

互联网。。。（知识的可积累性和快速扩散促成人类文明的迅速发展，这是人类在如此短的时间内发展到如此高度文明的重要因素）2023/2/514通信自古以来通信就是人们的基本需求之一，这种需求促使人们设法发明能将信息从一个地方传送到另一个遥远地方的系统。古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。2023/2/515信号调制，载频和系统传输容量

为了实现数据高速、远距离地传输，必须把信号迭加在某一个频率振荡的电磁波(载波)上，这个过程叫调制。载波频率高系统传输容量高信源发送设备信道接收设备信宿噪声、衰减通信系统构成2023/2/5161.1电通信技术的发展2023/2/5171838年，Morse发明具有数字格式的电报系统，宣告电信时代的开始。1866年大西洋海底电报电缆系统投入运行。1876年，电话的发明成为电信技术发展的又一里程碑，其后的100余年间，以电话为基础的模拟通信技术、全球范围内电话网的建设及电话交换技术的研究成为通信领域的主流。由于电话用户的迅速增长，1940年，同轴电缆的应用使干线载波频率达到10~100MHz，可容纳数百至上千话路(~4kHz/ch)。但对更高频率的电磁波，同轴电缆的损耗迅速增加。2023/2/5181948年，载波频率为1~10GHz的微波通信系统投入应用。系统传输速率可达数百Mbit/s，受载波频率的限制。随着微电子与集成电路技术的发展，由于在抗干扰、保密性、信号处理设备的小型化和集成化以及系统可靠性等方面的巨大优势，从1950年起，数字通信技术迅速兴起。但数字系统需要比模拟系统大的多的带宽，加剧了对通信带宽的需求。2023/2/519反应系统通信能力的技术指标系统的速率——传输距离乘积BL取决于载波频率和传输介质特性2023/2/5201103106109101210151985199019952000电报电话同轴电缆微波光波光放大器DWDMBL/(Gb.s-1.km)年份1985-2000年间比特率－距离积的变化2023/2/521通信带宽不断增加，有线传输从架空明线到电缆1901年的海底电缆图什么载体具有更宽的带宽呢？2023/2/522通常情况下，系统所能达到的调制带宽约为其载波频率的1/10；系统传输容量的大小直接受系统载波频率的限制；因此设法提高系统载波频率是增加系统传输容量的一条根本途径。选择更高频率的载波进行通信2023/2/523第一章引论1.1、电通信技术的发展1.2光通信的必要性及其技术基础1.3光纤通信技术的历史、现状与未来1.4、光纤制造技术和光缆1.5、光纤基本特性1.6、半导体光电子器件1.7、光纤传输技术的发展2023/2/5241.2.1光通信的必要性与空间光通信2023/2/525电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于可见光频域以内的电磁波，才是可以被人们看到的。电磁波不需要依靠介质传播，各种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。

2023/2/5262023/2/527能量的相对大小波长λ/nm400800120016002000紫外线可见光红外线黄绿光0太阳辐射光谱2023/2/528电磁波产生机理无线电波:振荡电路中自由电荷的运动红外线/可见光/紫外线:伦琴射线:γ射线:原子外层电子受激发后产生原子内层电子受激发后产生原子核受激发后产生2023/2/529通信波段划分及相应传输媒介

10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空间波长，m频率，Hz电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤卫星/微波AM无线电FM无线电传输介质光纤2023/2/530现代光纤通信中常用的波长为1.55微米光波的载频是多少？全波光纤的1260～1675nm约400nm带宽现在光纤通信系统中常用的普通掺铒光纤放大器工作带宽1530nm～1560nm

2023/2/531光纤可用波段O波段（原始波段）1260-1360nm.

E波段（扩展波段）1360-1460nm.

S波段（短波段）1460-1530nm.

C波段（常规波段）1530-1560nm.

L波段（长波段）1560-1625nm.

U波段（超长波段）1625-1675nm.

从理论上说，上述波段都可以用来进行通信，但由于受技术条件的限制，目前主要使用的通信波段为O波段（原始波段）和C波段（常规波段）2023/2/532宽带传输记录OFC2001,NEC报道的超宽带传输实验；117km2023/2/5332007年国际光通信会议（OFC2007）上阿尔卡特朗讯报道了25.6Tbit/s传输实验，three80-kmspans.ThedatausedwavelengthdivisionmultiplexinginboththeC(conventional)andL(long)wavelength2007年欧洲光通信会议(ECOC2007)上阿尔卡特朗讯报道了在光纤通信研究领域的进展：通过单根光纤以12.8Tbit/s的速率创纪录地实现了2,550公里的长途信息传输在实验中将160个80Gbit/s信道通过波分复用(WDM)复用到一根光纤上，实现了12.8Tbit/s的传送。电话速率64Kbit/s；12.8T=2亿路电话2023/2/5341901年海底电缆和2008年海底光缆光缆通信容量远远高于电缆2023/2/5352004年在G652光纤上实现了1610Gb/s3000公里超长距离无电中继传输2023/2/536如何利用光波来通信？光通信的发展历程2023/2/5372023/2/538以发明电话而著名的贝尔，在1876年发明了电话之后，就想到利用光来通电话的问题。1880年，他利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213米。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。在贝尔本人看来：在他的所有发明中，光电话是最伟大的发明。早期，光波通信没有显示其优点，人们对其兴趣不大！2023/2/539贝尔的光电话ABN光接收器(硒片)话筒太阳光(弧光灯)2023/2/540面临的问题利用光在大气中传送信息方便简单，所以人们开始研究的光通信都是这种方式。但是光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，就会使信号传输受到很大阻碍。此外，太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信的光源。2023/2/541要用光来通信，必须要解决几个最根本的问题：一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质；由于光频极高，透过障碍的能力很差。（必须通过低损耗介质波导传输）另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。一般光源方向性和相干性太差。没有合适的检测设备。在贝尔光电话发明后的几十年中，由于这些关键技术没有得到解决，光通信就一直裹足不前。2023/2/542使用短波激光通信的缺点？长波无线电波可以很容易穿透浓雾和大雨，在空气中自由传播，但是短波激光会被空气中的水蒸气和其它颗粒反射回来，以至于不是被分散就是被阻挡住。一个多雾的天气会使激光通讯联络终断，因此光需要一个类似于电话线的导管。2023/2/543

实现光通信所需要解决的问题发送设备光源接收设备检测设备信道传输介质2023/2/5441960年梅曼发明了红宝石激光器，光源问题得到解决。相关的半导体技术：激光器，检测器，也逐步发展起来。此后人们掀起了对潜在的光载波传输媒质－－光纤的研究热潮。2023/2/5451.2.2光纤技术的发展2023/2/546光纤的研制和发展过程早期的一些发现和发明19世纪中，全内反射原理的发现（光束随水流弯曲）1841年DavidColladon，1854年英国的廷达尔(Tyndall)观察到光在水与空气分界面上作全反射以致光随水流而弯曲的现象；2023/2/5471841年，DavidColladon教授第一次在一束跨过桌子的水流中通过一束光束，让光进行全反射来实现光在水流中的传播2023/2/54820世纪20年代制成无包层玻璃光纤 1929-1930年：美国的哈纳尔(Hanael)和德国的拉姆(Lamm)先后拉制出石英光纤并用于光线和图象的短距离传输20世纪50年代发现使用包层能够改善光纤的特性，1953年6月vanHeel向《自然》杂志提交摘要后，用荷兰语发表了第篇一光纤包层的论文。

1954年1月

vanHeel在《自然》上发表论文。光纤在1950年代进入实用（主要用于医疗，短距离成像）2023/2/549但是到20世纪60年代中期，光纤损耗仍在400dB/km以上,很多人对光纤通信丧失了信心。转折发生在1966年，英格兰标准实验室的华裔学者高锟（CharlesKao）博士等从理论上断定可以获得透明度高得多的纤维。Kao,K.C.andHockham,G.A.,"Dielectric-fibreSurfaceWaveguidesforOpticalFrequencies",Proc.I.E.E.Vol.113,No.7,July1966,pp.1151-11582023/2/550在具有里程碑意义的理论性论文中，他们表明现存光纤的高损耗理论上是由玻璃中的微小杂质--主要是水和金属--而不是玻璃本身固有的局限造成的。他们预言纤维中的光损失可以从每千米1000分贝急剧降到不到20分贝。表征光纤损耗的物理量单位：dB/km假如有这样的进步，那么扩大信号的放大器就可以设置在每隔几英里还不是几码处--比得上用来放大传统电话线中的微弱信号的扩音器间隔了2023/2/551高锟1933年出生于中国上海。他先后于1957年和1965年在伦敦大学分别获得电机工程学士和博士学位。高锟教授（Prof.CharlesK.Kao）被世界誉为“光纤之父”，曾任香港科技大学校长。1990年，他获选美国国家工程院院士。2009年诺贝尔奖2023/2/5521966年，高锟在英国标准电信研究所1998年，高锟（左）在英国接受IEE授予的奖章高锟教授（Prof.CharlesK.Kao）被世界誉为“光纤之父”2023/2/553光纤损耗问题的根源损耗原因：1)玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁、锰、OH-

2)光纤拉制工艺造成芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀新的发现：玻璃纤维在红外光区的损耗较小

在具有里程碑意义的理论性论文中，高锟预言纤维中的光损失可以从每公里1000分贝急剧降到不到20分贝！

指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向2023/2/554要将杂质降低到什么程度？1ppmOH-,将导致40dB/km损耗5ppbCu或8ppbFe，导致1dB/km损耗关键问题:如何在制造工艺上降低光纤中的杂质含量？ppm:百万分之一ppb:十亿分之一ppt:万亿分之一2023/2/555有了理论指导，人们对光纤通信的希望再次点燃，并加紧了对光纤的研制。终于，美国康宁玻璃公司1970年研制出损耗20dB/km的光纤。光纤通信步入实用。2023/2/556Corning康宁在《财富》2008年高盈利科技企业排行榜上高居12，与其他上榜企业相比，他又是一家诞生于1851年的古老家族企业。2023/2/557康宁公司涉足领域：光学通信，信息显示，环保产品等1879年，最先发明并制造出玻璃灯泡，使爱迪生的发明成为现实。1947年，最先发明并大规模制造出电视显象管，使电视进入千家万户。1970年，最先发明并制造出世界第一根（低损耗）光纤，使光纤通信得以广泛应用。2023/2/5581970年代工艺逐步成熟1970年，美国Corning，OVD，20dB/km，4dB/km1974年，美国AT&T，MCVD，性能更优越1976年，荷兰Philips，PCVD，性能相当1979年，整体水平：损耗@1310nm=0.33dB/km,损耗@1550nm=0.2dB/km——今天的普通光纤，损耗@1550nm=0.18dB/km“如果世界上的海水有这么清澈，一个人可以穿过太平洋的最深处，象看游泳池底一样容易地看到海洋底。”2023/2/5591980年代光纤步入实用1978年AT&T,英国邮政局和STL联合开发越大西洋单模光纤光缆，最新采用1300nm处的窗口，计划将在1988年建成。同年底，贝尔实验室放弃开发海底同轴电缆系统的计划。1980年贝尔实验室开始Bell公开宣布越大西洋光缆TAT-8采用单模光纤，工作波长在1300nm。1984年英国电信铺设的海底光纤开始传输普通电话信号。1985年横贯美国大陆的单模光纤以400Mbit/s的速度传输长途电话。2023/2/5601988年大西洋海底光缆铺设并开通2023/2/5611987年，英国南安普敦大学的Payne等人发明EDFA，被视为光纤通信发展的另一个里程碑

从技术史的角度来看，相当于电子技术中晶体管的发明。最近十年来，光通信领域再没有一项发明象EDFA那样耀眼，但其实EDFA历史至少可追溯到上世纪六十年代初美国光学公司斯尼泽（EliasSnitzer）所作的开创性工作，只是在1988年英国南安普顿大学佩恩（DavidPayne）教授在不知晓前辈工作的情况下“重新发明”的EDFA才引起了世人的注意2023/2/562DWDM之父——厉鼎毅美国AT&T

Bell实验室光纤通信部主任。美国工程院院士。1996年6月当选为中国工程院外籍院士。

2023/2/563可以说天赐良缘让EDFA和WDM结合，宽带才可能成为现实。2023/2/5641995年,AT&T安装全球第一套采用EDFA,WDM的陆地商用系统。1996年，AT&T和Alcatel首次铺设采用EDFA的跨大西洋光缆，其中单通信速率为5Gbit/s。从此以后，WDM的应用便在全世界范围内大规模铺开。同时，因特网浏览器的出现刺激其业务流量呈指数增长，而这恰好是经济增长的保证。2023/2/565对通信产业而言，全球范围内解除通信管制加剧了在业务上和在硬件上的竞争。长途传输市场的成功加上相对廉价器件的出现，为光技术的其它应用开辟了更广阔的市场，辟如有线电视（CATV）和本地接入网市场。到1997年，专营电话公司在业界已不在处于主宰地位，新公司已经可以供应器件和系统，而一些刚成立的小公司则开始提供区域交换和因特网业务。2023/2/566DWDM及相关技术在90年代中期开始走向成熟并进入商业化应用。AT&T于1996年3月建立了世界上第一条8通道的DWDM系统。AT&T、MCI、Worldcom、Sprint等公司在他们美国境内的90%网络上装上了DWDM系统。1997年-1998年，全球DWDM市场从17亿美元增加到22亿美元，年增长率为32％。系统增加到4000多条，增长率为98%。至2004年市场总额预计为74亿美元。增长率为23%。2023/2/567因特网浏览器促使数据流迅猛增长，让人不难想到其营业收入空间巨大无比。与此同时，WDM技术进步及其广泛应用有力地支持了因特网业务并激发了人们对因特网的狂热。因而企业家们在多家公司中投资几十亿美金来争夺同一块馅儿饼，随后他们终于明白迅速增长的网络容量已经远远超过实际需求。2023/2/5682000年来，由于网络泡沫的破碎，光通信进入低潮。尽管如此，电信的内在需求没有改变；电信业务放慢脚步但仍继续增长；特别是过去若干年的巨大技术进步仍然会对未来的通信产生重要影响。2023/2/569发展到今天：单根光纤上的长距离传输速率可达12.8Tbit/s(Alcatel2007)单根光纤上可同时传输1046个波长(NTT2005)长途骨干网基本上都采用光缆,截至2006年，我国长途光纤网总长约425.9万公里2023/2/570除了光纤损耗的降低使得光纤通信步入实用，在其他方面：1.2.3模间色散与单模光纤技术1.2.4群速色散与动态单纵模激光器从模式色散和色度色散方面进一步提高了光纤通信的传输速率和传输距离2023/2/571光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。脉冲展宽T2023/2/572第一章引论1.1、电通信技术的发展1.2光通信的必要性及其技术基础1.3光纤通信技术的历史、现状与未来1.4、光纤制造技术和光缆1.5、光纤基本特性1.6、半导体光电子器件1.7、光纤传输技术的发展2023/2/573第一代：1966~1979(从基础研究到商业应用的开发时期)激光器(GaAlAs/GaAs)，波长0.85µm，多模光纤，Si光电探测器。最大中继距离10km(当时的同轴电缆系统中继距离为1km)，比特率为10~100Mb/s。多模色散和损耗是限制中继距离的关键。早期850nm光纤通信系统2023/2/574第二代：上世纪80年代早期(减小了光纤色散)激光器(InGaAsP/InP)，波长1.3µm，单模光纤，Ge，InGaAs探测器，最大中继距离50km，比特率为2.0Gb/s。光纤的损耗(~0.5dB/km)限制了中继距离。1.31μm光纤通信系统2023/2/575第三代：上世纪80年代后期初90年代初(降低了光纤损耗)激光器(InGaAsP)波长1.55µm，单模(色散位移)光纤，比特率为2.5~10Gb/s，最大中继距离100km。这个阶段的缺点是采用电的方式中继。1.55μm光纤通信系统2023/2/576第四代：上世纪90年代之后(引入了WDM和全光放大技术)激光器(InGaAsP)波长1.55µm，单模光纤，采用波分复用技术和光放大技术，单波长信道比特率为2.5~10Gb/s，传输距离14000km，并提出光通信智能化的概念WDM和全光放大技术WDM技术出现2023/2/577传输系统简介EMUX电端机再生中继再生中继EDMUX电复用电解复用电端机同轴电缆、微波……EDMUXO/E/O光缆EMUX光发送再生中继再生中继电复用电解复用光接收(1)传统的电传输系统(2)光电混合型光纤传输系统2023/2/5781310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXWDM+EDFA革新了光纤传输OMUXODMUXOAOAOA光发送光发送光发送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝ2023/2/579外调制技术与光时分复用2023/2/580直接调制2023/2/581外调制2023/2/582超短脉冲光源时钟源MODMODMODMOD延时EDFA耦合器时分解复用器时钟提取接收机

MODOTDM光纤传输系统2023/2/583光纤通信网网络全光化需要解决“电子瓶颈”问题；当前和今后一个时期光纤通信技术的热点研究领域；何时才能成熟并投入实际运营目前无法预测。光纤接入网价格，费用，降低成本。2023/2/5841986年建立了国内第一条光缆干线宁汉光缆1999年建成8纵8横光纤骨干网，覆盖了除台湾外所有省会城市和75％地市目前，我国长途骨干网经中美、中日、中韩等海缆和欧亚大陆桥光缆与国际光缆网连接。2005年，我国光缆线路总长度超过250万×1012公里，居世界前列。全网SDH系统超过35万台，成为世界上SDH第一大国。我国光纤通信的发展2023/2/585我国光缆骨干网分布图FLAG－FiberOpticLink aroundtheGlobe架空光缆直埋光缆北京上海至欧洲至日本FLAG至韩国至朝鲜至俄罗斯至东南亚截止到2006年,我国光缆总长度425.9万公里!2023/2/586世界光纤产值从96年92亿美元到2002年198亿美元，每6年翻一番现在世界上光纤生产速度为3200km/小时，即每天生产的光纤可绕地球两周1999年底累计的全世界光纤用量已经达到3亿公里。光纤通信的迅速发展2023/2/587光通信发展趋势图2023/2/588快速发展背后的问题

1997年2000年增长倍数每根光纤传送容量20（Gb/s）800（Gb/s）40倍每根光缆传送容量400（Gb/s）80000（Gb/s）200倍每台交换机容量55（Gb/s）640（Gb/s）12倍每台交换机交换光纤数2.75根0.8根每根光缆所用交换机7台125台2023/2/589光发射机连接器光缆电视发送设备同轴网络熔接点光接收机光缆模拟光纤通信系统2023/2/590光发射机连接器光缆熔接点光接收机脉冲编码调制(PCM)光缆判决解码数字光纤通信系统2023/2/591光纤结构光纤是具有圆对称结构的截止波导纤维，通常由芯子和包层两部分构成，芯子通过掺Ge而具有较高的折射率，在芯子和包层的界面上满足全反射条件的光线被约束在光纤内不断向前传输。2023/2/592为什么低损耗光纤制作如此困难？高琨指出“现存纤维的高损耗理论上是由玻璃中的微小杂质--主要是水和金属--而不是玻璃本身固有的局限造成的。”要将杂质降低到什么程度？1ppmOH-,将导致40dB/km损耗600ppbCu或1ppmFe，导致120dB/km损耗2023/2/593第一章引论1.1、电通信技术的发展1.2光通信的必要性及其技术基础1.3光纤通信技术的历史、现状与未来1.4、光纤制造技术和光缆1.5、光纤基本特性1.6、半导体光电子器件1.7、光纤传输技术的发展2023/2/594(2)光缆(1)光纤制造技术1.4光纤制造技术和光缆2023/2/5951.4.1光纤制造技术2023/2/596光纤的制作包括两个基本过程（1）首先制作光纤预制棒

（具有芯子和包层的大尺寸的实心石英棒）;预制棒具有和光纤截面相同的折射率分布，物理结构，材料结构，和截面几何形状。（2）由预制棒拉制成光纤光纤预制棒高温下，拉制成所需尺寸的光纤2023/2/597光纤预制棒2023/2/598光纤的制作包括两个基本过程沉积拉丝原料预制棒光纤2023/2/599光纤制作的关键原料：SiCl4,GeCl4,SF6,POCl3,BBr3,O2,He,……提纯：过渡金属离子，OH-，…...要求达到ppb量级原料提纯拉制光纤丝径控制，温度控制拉制光纤制作中对各种参数的精确控制预制棒制作2023/2/5100预制棒制备工艺：非气相工艺，气相工艺非气相工艺：双坩埚法，溶胶—凝胶法，管棒法，粉末机械成形法，…...2023/2/5101气相沉积工艺管内沉积ModifiedChemicalVaporDeposition(MCVD)Plasma-activatedChemicalVaporDeposition(PCVD)管外沉积OutsideVaporDeposition(OVD)VaporAxialDeposition(VAD)2023/2/5102MCVD是ModifiedChemicalVaporDeposition的简称，译称改良的化学气相沉积法。该预制棒生产方法是由美国AT&TBell实验室和英国南安普敦大学于二十世纪七十年代初期首先提出的。由于它在制备不同种类的光纤上具有很强的灵活性，所以如今它已经成为生产高品质通讯光纤用预制棒的四大主要方法之一。

2023/2/5103MCVD法是一种在高质量（高纯度、低水分、低杂质）的石英管（我们称之为基管）的内壁沉积更高纯度的二氧化硅(SiO2)，并掺以可改变折射率或玻璃体粘度的其它一些高纯物质，如二氧化锗(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟氧化硅(SiO1.5F)等，形成不同折射率的芯层和包层，以实现光信号在光纤芯中传播时的全反射、低损耗、高容量等效果。芯棒经检验合格后，用于下一步效率较高的外沉积。达到合适的芯包比和必要的光学要求（如截止波长和模场直径）后，再烧结成透明的预制棒。这样的预制棒经过适当的处理后，就可以进行拉丝了2023/2/5104MCVD方法制作预制棒MCVD工艺（1974年，美国AT&T）利用氧气鼓泡携带料瓶中挥发出的氯化物（SiCl4）蒸汽进入石英管，在高温加热（氢氧焰）下氯化物和氧气反应生成氧化物SiO22023/2/5105O2O2+SiCl4蒸汽载运气体鼓泡带料示意图2023/2/51062023/2/5107MCVD车床2023/2/5108处于温度场中的反应产生的氧化物悬浮颗粒，受力的作用而向低温区运动，附着在石英管壁上。高温下直接玻璃化为透明的石英玻璃。2023/2/5109石英基管原料：O2,SiCl4等部分未能附着的生成物成为尾烟流失附着于管内壁的生成物（SiO2等）氢氧焰喷灯石英管旋转高温反应区，生成SiO2等2023/2/5110MCVD沉积工艺动画演示？2023/2/5111掺杂和折射率关系2023/2/5112MCVD系统构成气路和流量控制，车床移动以及温度控制，尾气处理2023/2/5113MCVD法光纤预制棒制作流程：清洁沉积用石英套管安装石英套管高温抛光1600－2000oC沉积阻挡层1500－1800oC沉积芯层1500－1800oC高温缩棒1900－2000oC预制棒测量2023/2/5114MCVD法沉积结束后高温下缩棒成为实心预制棒动画演示2023/2/5115缩棒动画2023/2/5116PCVD（1976年，荷兰Philips

）使用微波在石英管内产生高温等离子，使得原料发生反应。2023/2/5117动画演示？2023/2/51182023/2/5119由于气体电离不受石英管热容量限制，微波加热腔可以沿石英管做高速往复运动，PCVD法效率高，速度快，每层厚度薄（可以精确控制折射率剖面，在制作渐变折射率光纤方面优势明显）2023/2/5120管内沉积制作预制棒过程石英基管沉积阻挡层缩棒沉积芯子2023/2/5121MCVD法和PCVD法属于管内沉积方法，反应原理为高温氧化反应，它们之间的主要差别在于为高温氧化反应提供的热源不同，前者以氢氧焰为热源，而后者则以微波谐振腔产生微波能进行等离子反应。PCVD缩棒时需要更换热源管内加热缩棒折射率中心下陷2023/2/5122优点：该工艺方法的能够较为精细地控制光纤的折射率抛面，工作环境及工艺要求相对较为简单的。缺点:由于使用石英反应管进行沉积，因而在制造大尺寸的光纤预制棒方面受到了一定限制。2023/2/5123OVD工艺OVD工艺（1970年，美国Corning）用火焰水解法沉积芯层和内包层，制成疏松体附着于靶棒上。2023/2/5124OVD工艺利用的是火焰水解法SiCl4+H2+O2→SiCl4+H2O→4HCl+SiO2，此时的SiO2是水解产物呈烟雾状，沉积在靶面上2023/2/5125OVD沉积动画演示2023/2/5126OVD工艺2023/2/51272023/2/5128脱水和熔凝处理沉积脱水熔凝2023/2/5129OVD沉积完成之后的脱水和烧结处理2023/2/5130脱水与熔凝2023/2/51312023/2/51322023/2/5133OVD工艺，比MCVD以及其他的管内沉积工艺更加复杂1，要求非常严格地控制工作环境，环境中的灰尘和水都会对预制棒制造产生影响。2，此外需要在预制棒烧结之前进行脱水处理。3，对中心孔的处理也有严格要求。2023/2/5134预制棒制备工艺OVD法近二十年来已从单喷灯沉积发展到多喷灯同时沉积，沉积速率成倍增加，并实现一台设备同时沉积多根棒，并且从依次沉积芯包层制成预制棒的一步法发展到二步法，即先制备出大直径的芯棒，再拉制成小直径芯棒或不拉细，然后采用外包层技术制备出光纤预制棒，提高了生产效率，降低了生产成本。

2023/2/5135大批量生产情况下OVD工艺预制棒制作过程

(1)制作芯棒

在旋转的靶棒(Al2O3)外沉积一层碳，而后沉积芯层和内包层。靶棒的一端有一特制的抽芯管，沉积结束后，需要将靶棒从疏松体中抽出。

(2)芯棒脱水和烧结

使用火焰水解法制作的疏松体含有大量的羟基，将会对光纤的损耗特性造成影响（在1383nm处有很大的吸收峰）。因此必须进行脱水处理。脱水后的疏松体高温下熔融烧结成为石英棒。OVD工艺制作的疏松体中心有抽去靶棒而留下的中心孔。研究表明，水峰主要由于中心孔闭合前残留其内的水份造成的。严格控制中心孔部分的暴露于含氢环境是降低水峰的关键。

(3)延伸芯棒

烧结好的芯棒需要经过延伸过程，以获得直径较小的适合套管或外沉积的芯棒。有的芯棒不在烧结过程中闭合中心孔，而是在延伸过程中闭合，芯棒顶部一直施以负压。

(4)在芯棒外沉积外包层

2023/2/5136VAD（1977日本NTT）和OVD工艺相似，使用火焰水解沉积疏松体，然后熔融，不同点在于：没有靶棒；沉积方向为沿轴向沉积；沉积玻璃化同步处理。2023/2/5137目前日本企业大量使用该方法。(NTT,FurukawaElectric(古河),FujikuraLimited（藤仓）,SumitomoElectric（住友）)优点：无中心孔，可以制作大型预制棒，理论上可以一直不停地连续生产2023/2/5138大批量生产情况下VAD制作光纤的过程

(1)VAD法制作芯棒(内包层/芯层直径<7.5)(2)芯棒在氯气气氛中脱水(1200℃)(3)芯棒在氦气气氛中烧结(1500℃)(4)延伸芯棒(氢氧焰为热源)(5)在芯棒外面套低OH-含量的套管(6)光纤拉丝

2023/2/5139OVD法和VAD法同属管外沉积方法，反应原理为低温水解反应，它们之间的主要差别在于前者是在水平方向进行烟灰粉尘的沉积，而后者则是在竖直方向进行烟灰粉尘的沉积，该类工艺的特点是沉积效率高，由于不使用反应管，因而反应空间不受限制，可以制成大长度的光纤预制棒，但其在沉积预制棒芯层方面工艺较为复杂，且被美国和日本所掌握，技术的引进受到限制。2023/2/5140国际主要光纤预制棒制造技术现在世界光纤预制棒的制造方法主要有以美国康宁公司为代表的OVD法；以日本住友、古河、腾仓等公司为代表的VAD法；以美国朗讯公司为代表的MCVD法。以及以荷兰飞利浦公司为代表的PCVD法等四种制造方法。2023/2/5141OVD以及VAD管外沉积，不需要高质量的石英套管，环境要求高需要脱水和熔凝，工艺过程复杂效率高，速度快，适合于批量生产MCVD以及PCVD管内沉积，易于保证纯度，需要高质量石英套管常规情况不需要脱水和熔凝需要缩棒，容易造成光纤折射率中心下陷效率低，单独使用不适合于大批量生产2023/2/5142管内沉积的MCVD和PCVD工艺制作的预制棒尺寸受到石英管的限制而不能太大，因此光纤的生产效率低且成本高。在激烈的市场竞争中，迫使采用MCVD和PCVD方法生产的工厂设法提高生产效率和降低成本。于是，在预制棒的外层采用OVD法（混合法）来制造或者在外层套上合成管（套管法）来制造。到目前为止，用汽相沉积法制造的大预制棒的方法有8种，如表所列2023/2/5143用汽相沉积法制造的大预制棒的方法单一法混合法套管法OVDMCVD+OVDMCVD+套管VADPCVD+OVDPCVD+套管VAD+OVDVAD+套管2023/2/5144两步法制造光纤预制棒MCVD芯棒PCVDOVDVAD外套管技术外沉积技术预制棒2023/2/5145TheRod-in-Cylinder(RIC)andOverclad-during-Draw(ODD)ProcessOFC2005报道的提高光纤生产效率的新技术2023/2/51462023/2/5147预制棒制作技术的发展趋势2023/2/5148消除光纤水峰2023/2/51492023/2/5150导致水峰产生的环节需要在如下几个问题上进行控制:(1)原料，包括氯气、氧气和基管。(2)机械部件，如气体密封装置、旋转接头。(3)工序中表面沾污，如管子安装、塌缩、芯棒储存、套管等。2023/2/5151严格的原料控制生产过程中的环境控制，管路气密性脱水处理，氯气除水。采用无OH离子的热源用于沉积包层、芯层和塌缩芯棒等OD置换法（使用-OD置换-OH）使得水峰发生位移（1385nm1870nm）且损耗峰值减小套棒，拉丝前表面处理去除表面沾污2023/2/5152特种光纤通过改变波导结构改变光纤色散特性的DSF，DCF具有非对称结构的保偏光纤掺杂稀土离子制作掺杂光纤排列有空气孔结构的光子晶体光纤2023/2/5153调整波导色散从而改变光纤色散特性200127013101550波长nm色散ps/nm.km波导色散材料色散G652光纤色散EDFA频带2023/2/5154DCF光纤折射率分布G.655光纤典型折射率分布2023/2/5155掺Er光纤制作工艺MCVD工艺气相方法制作掺杂稀土光纤2023/2/5156掺Er光纤制作工艺MCVD工艺浸泡溶液方法制作掺杂稀土光纤2023/2/51572023/2/5158VAD工艺制作掺杂光纤的方法2023/2/5159保偏光纤截面图2023/2/5160保偏光纤制作工艺2023/2/5161光子晶体光纤光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在光纤芯区传播。光子晶体光纤有很多奇特的性质。例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应，为设计高性能的偏振器件提供了可能。

2023/2/5162拉丝原理拉丝长度l

预制棒体积

Vpreform=D2L/4,D:mm,L:mm

光纤体积

Vfiber=d2l/4,d=125umVpreform=Vfiberl=6.410-5D2L(km)保持芯/包层结构不变！2023/2/5163拉丝工艺简介光纤拉丝工艺包括以下几个方面：一．拉丝

将处理好的预制棒送入拉丝炉中，在高温下，将预制棒的一端熔化以形成石英玻璃丝，再以一定的张力及速度对其进行牵引，以保持光纤直径稳定的在125±１μm 范围内二．涂覆

在光纤冷却后，对光纤表面涂UV材料和UV固化，以保护光纤表面精确控制外径在245±5μm，形成标准的商用光纤。2023/2/5164送料控制加热炉冷却装置涂覆以及固化装置收纤设备2023/2/5165拉丝工艺拉丝工艺流程预制棒炉子外径监控涂覆鼓轮Fiber拉丝塔（DrawingTower）2023/2/51662023/2/51672023/2/5168拉丝时，使预制棒在高温下熔融，在重力的作用下往下垂，并形成细丝，经测径仪检测达到标准后，就可以穿过涂覆杯的模子，这样光纤表面就涂上了保护层。再经过紫外固化炉的固化，涂层就紧密结合在光纤表面上了。涂覆后的光纤由牵引轮牵引收到线盘上。正确地控制拉丝温度、送棒速度、收丝速度是至关重要的。2023/2/5169为了防止石墨在高温下氧化，充入氩气等惰性气体加以保护。送棒机构与牵引辊的速度要一致，以保持光纤外径的均匀性。激光测径，紫外固化外径的波动控制在0.5微米之内。拉丝的速度可以调整，600m/min~1000m/min2023/2/5170使用MCVD方法制作预制棒，沉积用石英基管的外径为18mm,内径为15mm，假设每层沉积厚度相同为15μm，沉积10层阻挡层，1层芯层，然后缩棒。得到的预制棒，芯子直径？阻挡层直径？整个包层外径？如果想要拉制成芯径8μm的普通单模光纤，应采用什么措施？如果套外径25mm的外套管，应当选用多大的内径？如果该预制棒长50cm套棒之后能够拉多少公里的光纤？2023/2/5171在沉积过程中，可以认为石英基管外径不变，沉积使得厚度增加内径减小。沉积以及缩棒时预制棒长度不变。套棒以及拉丝时候总体积不变。2023/2/5172管内沉积制作预制棒过程石英基管沉积阻挡层缩棒沉积芯子2023/2/5173涂覆作用拉制光纤时光纤表面的微裂纹尚未与空气中的水分发生反应或扩大就迅速进行涂覆保护光纤表面从而隔离空气防止光纤表面缺陷扩大；同时涂覆可以提高光纤耐弯和抗拉强度。2023/2/51742023/2/5175光纤的主要类型与技术规范：G.651光纤：多模光纤G.652光纤：普通单模光纤(SMF)G.653光纤：色散位移光纤(DSF)G.654光纤：低损耗光纤（截止波长位移光纤）G.655光纤：非零色散位移光纤(NZ-DSF)G.656光纤：宽带传输用非零色散位移光纤G.657光纤：耐弯曲单模光纤2023/2/5176ITU-T关于单模光纤的技术规范单模光纤的主要类型2023/2/5177G.652光纤又称为普通单模光纤。在1310nm和1550nm处均具有低损耗。1550nm处的损耗最低，色散典型值为17ps/nm/km。传输窗口主要可以选择1310nm或1550nm窗口。色散值最大，对抑制非线性的作用也最大结构简单、性能稳定、生产效率高、成本低廉。可用带宽远远大于其他光纤。如果能将色散问题用其他办法解决，则G.652光纤是较佳的选择，全波光纤是更为理想的光纤2023/2/5178G.652光纤为了符合通信系统对传输性能的要求，ITU-T将G.652光纤细分为G.652A、G.652B、G.652C和G.652D四个子类。G.652A和G.652B光纤也称常规单模光纤，是目前应用最广泛的光纤。其最佳工作波长是1310nm区域，也可使用1550nm区域，但由于该区域色散很大，传输距离被限制在70-80km左右，如果需要在1550nm区域进行10Gbit/s以上速率的长距离传输时，需要进行色散补偿。G.652A和G.652B光纤的区别是：G.652A光纤支持2.5Gbit/s的单通道SDH传输系统及10Gbit/s以太网系统；G.652B光纤则可应用于10的单通道SDH传输系统及40Gbit/s以太网系统，另外，G.652B光纤的偏振模色散系数规定要比G.652A光纤的严格许多，更加适合长距离的传输。

2023/2/5179G.652C和G.652D光纤G.652C和G.652D光纤是分别在G.652A、B的基础上，通过改进工艺，消除了1383nm处的水吸收峰，使得1350-1450nm区域的衰减大大降低，将工作波长扩展为1280-1625nm，全部可用波段比常规单模光纤增加了一半以上。所以G.652C、D光纤称为波长段扩展单模光纤，也称全波光纤或低水峰光纤。该光纤完全能够满足城域网大容量、高密集波分复用技术发展的需求。

除了扩展了工作波长区域以外，G.652C的其他属性与G.652A光纤基本相同，而G.652D光纤的其他属性也与G.652B光纤基本相同，G.652D光纤的偏振模色散系数也比G.652C光纤严格很多，更加适合长距离的传输。

目前在我国通信系统中最常使用的是G.652B和G.652D光纤，有些专业光纤生产厂家也已经将G.652A、B、C光纤淘汰，只生产G.652D光纤。

2023/2/5180G.653光纤又称为色散位移光纤。在1550nm处同时具有最小的色散和最低的损耗。传输窗口主要在1550nm附近。G.653光纤(DSF)在1550nm为零色散，由于非线性效应，阻碍了WDM的应用.2023/2/5181G.654光纤截止波长位移到～1530nm在1550nm窗口的损耗进一步降低。

---0.15dB/km零色散点位于1310nm窗口。芯子：纯SiO2

包层：SiO2掺F

光纤的包层折射率略低于芯区。主要适用于需要很长中继距离的环境。2023/2/5182G.655光纤又称非零色散位移光纤。在1550nm窗口期望应用的全部波长范围内，光纤色散的绝对值不为零并处于某一范围内。主要适用于1550nm窗口的波分复用系统。其非零色散值可以有效抑制非线性效应对DWDM系统的影响。2023/2/5183色散一方面使得传输脉冲展宽，产生码间干扰，限制光纤向高速系统的发展；另一方面可有效抑制包括四波混频在内的非线性效应。于是人们想出了一个兼顾色散和非线性两种要素的折中解决方案，即将零色散点从1.55μm移至1.51μm附近，使之在C波段30nm范围内色散值保持在2~6Ps/km.nm。这样既可有效地抑制四波混频效应，又降低了1.55μm低损耗窗口的色散，且提高了光纤的传输速率。这种光纤就是非零色散位移光纤，系指在1.55μm处不是零色散的光纤，即G.655光纤。G.655光纤2023/2/5184G.655A、G.655B和G.655CITU-T根据对光纤1625nm波段的要求和PMD值的要求，将G.655光纤划分为G.655A、G.655B和G.655C三个子类。G.655A光纤只规定了C波段的特性，而G.655B和G.655C规定了1625nm处的衰减，同时增加了L波段的色散要求，增加了最大值同最小值间的差值，因此G.655A主要用于C波段而其它两种可用于L波段。G.655B和G.655C光纤的基本要求均相同，但G.655C光纤对光缆的PMD链路设计值要求更严格，所以G.655C光纤具有更长的传输距离。

2023/2/5185G.655光纤康宁公司曾推出了零色散点位于1580nm附近的光纤，但由于这种光纤在1580nm以下波长的色散量均为负值，因而大大降低了可用波长资源。朗讯公司推出了零色散点在1531nm左右的Truewave光纤，其在C波段的色散值为2.6~6ps。康宁公司改进了制作技术，很快推出了零色散点在1510nm左右的LEAF光纤，其在C波段的色散值小于10ps，略高于Truewave光纤。

Truewave光纤和LEAF光纤被统称为G.655A光纤。2023/2/5186G.655光纤

经研究发现在1420nm处光纤的传输损耗也不过只有0.25dB/km，完全可以利用。因此继C波段和L波段光通信系统开通之后，波长位于1430nm～1530nm之间的S波段将近100nm带宽的通信窗口开始受到关注。而G.655A光纤却使这一波段的波长资源被浪费。为进一步利用S波段，2000年法国阿尔卡特公司和日本住友公司分别研究出了零色散点在1430nm左右的Teralight光纤和PureGuide光纤，即G.655B光纤。其零色散点越来越靠近G.652光纤的1310nm零色散波长。这样，光纤通信的可利用波长资源与G.655A光纤相比大大增加。2023/2/5187色散谱G.655B光纤G.655A光纤单模光纤的主要类型2023/2/5188+Disp

输入脉冲

输出脉冲0.10.20.30.40.50.6衰减(dB/km)1600170014001300120015001100波长(nm)EDFA频带

20100-10-20色散(ps/nm.km)G.652&G.654G.655G.653损耗与色散谱2023/2/5189C波段（1530~1565nm）和L波段（1565~1625nm）NZ-DSF光纤的衰减和色散特性在工作波长范围内，具有非零但较小色散，具有很低损耗,利用色散补偿技术，补偿信号经历光纤传输后的总色散利用光纤放大技术，补偿光传输后的幅度衰减单模光纤的主要类型2023/2/5190价格比G.652光纤高出3倍G.655光纤并未消除色散，在长距离的高速通信系统中仍需进行色散补偿，而且很难实现通道间距为50GHz

的WDM

系统。靠移动零色散的位置是不能彻底解决光纤色散问题的。波长资源被浪费G.655光纤：2023/2/5191G.656光纤宽带传输用非零色散位移单模光纤为在1460-1625nm波长区进行多信道传输而优化的光纤。其非零色散波长区域在1460-1625nm，光缆截止波长不大于1450nm，可在更宽的传输波段上(S、L和L共3个波段)应用DWDM和CWDM传输技术。宽带传输用非零色散位移单模光纤(G.656光纤)

G.656光纤是近几年新研制的用于DWDM和CWDM系统的更大带宽的非零色散位移单模光纤。与G.655光纤相比，具有更宽的工作波长(1460-1625nm)和更优化的色散值，是一种更适合于未来光通信网络发展需要的光纤，但目前还未进入商用阶段。

2023/2/5192G.657光纤G.657建议书推荐两种光纤类型：A和B。A类型与熟知的G.652.D建议全面兼容，但是却具备了很低的宏弯曲损耗。这种光纤用于弯曲半径为10mm和15mm的场合，1550nm波长下它们的最大弯曲损耗分别为0.75和0.025dB/弯角。相比之下，G.652.D光纤弯曲损耗仅在较大的弯曲半径30mm时才给出了说明。

G.657B类光纤在模场直径和色散方面与G.652.D明显不同，打算用于距离受限的楼内应用。由于较低的模场直径，B类光纤的熔接与连接特性也与G.652光纤不同，但是具有更小的弯曲半径。在1550nm处，弯曲半径7.5mm时的最大弯曲损耗为0.5dB/弯角，弯曲半径10mm时则为0.1dB/弯角。这比G.657A类光纤要低得多。

2023/2/51932.2光缆1技术要求3分类2结构2023/2/5194光缆技术要求保护光纤免受外力作用（切断、微弯、侧应力等）便于施工、维护、接续要有一定的余长，光纤尽量靠近光缆中心保护材料的热膨胀系数与光纤尽量接近，避免应力和微弯尺寸小，重量轻防水，防潮，抗腐蚀，防虫叮鼠咬2023/2/5195光纤成缆之后要求光缆：1.抗拉力特性光缆能承受的最大拉力取决于加强构件的材料和横截面积，一般要求大于1km光缆的重量(100~400kg)2.抗压特性光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构，多数在100~400kg/10cm3.改善温度特性、隔离潮气4.要求光缆材料不容易析氢2023/2/5196光缆对光纤特性的影响1.改善光纤的温度特性虚线：光纤自身的特性曲线；实线：成缆后的特性曲线2.增加机械强度由于光缆结构中加入了加强构件、护套、甚至铠装层等，因此其断点强度远大于光纤；不仅如此，光缆的抗侧压、抗冲击和抗扭曲性能都有明显增强3.成缆的附加损耗不良的成缆工艺，把光纤制成光缆后，会带来附加损耗，

(比如说不良应力造成微弯)称之为成缆损耗2023/2/5197光缆结构光缆结构护层缆芯加强元件2023/2/5198光缆的基本结构光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷。一般是金属丝或非金属纤维。护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对已成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带/聚乙烯综合纵包带粘界外护层（

LAP），钢带（或钢丝）铠装和聚乙烯护层等组成。2023/2/51992023/2/5200缆芯作用：妥善安置光纤的位置，使光纤在各种外力影响下 仍能保持优良的传输性能缆芯的套塑方法：紧套：无活动空间，易受外力影响；外径小，性能稳定松套：外径较大，须填充油膏来提高纵向密封性；温度性能好，易于缓冲外力，是发展方向，地下光缆80%采用松套方法。*光缆中必须有防潮层，并填充油膏！2023/2/5201加强元件分类：1，中心加强 2，外层加强要求：高杨氏模量，高弹性范围，高比强度（强度/重量），低线膨胀系数，抗腐蚀性，柔软性材料：钢丝，钢绞线，钢管强电磁干扰区域、雷区——高强度非金属材料，芳纶纤维2023/2/5202护层由护套构成的多层组合体作用保持光缆在各种敷设条件下都能为缆芯提供足够机械强度不同敷设方式不同要求：管道：较强的抗拉、抗侧压、抗弯曲能力直埋：铠装抗侧压，同时考虑地面的振动与虫咬架空：环境的影响，防弹层水底：更高的抗拉、抗水压、防水能力2023/2/5203护层结构填充层：PVC填充物，固定各单元位置内护层：缆芯外一层聚脂薄膜，扎紧缆芯，隔热，缓冲防水层：密封的铝管，防水进入，特别是水下光缆缓冲层：尼龙带轴向螺旋式绕包缆芯，保护缆芯免受径向压力铠装层：光缆外的金属护套，免受强大的侧向压力外护套：PVC，聚乙烯等挤铸在光缆外，保护光缆，2023/2/5204光缆分类缆芯结构层绞式按一定节距进行绞合，光纤没有活动余地，经受侧向压力能力弱，通常用松套光纤骨架式优良的机械性能和抗冲击性能，微弯损耗小，工艺复杂带状空间利用率高，可快速接续，工艺要求高束管式抗弯，抗压，纵向密封性好，工艺比较简单(根据缆芯结构不同)2023/2/5205四种光缆结构图层绞式骨架式带状束管式2023/2/5206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。2023/2/5207骨架式骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是V形、U形或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置5~10根一次涂覆光纤。2023/2/5208束管式束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整个缆芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。2023/2/5209带状式带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。2023/2/5210光缆的制造过程

1.光纤的筛选：选择传输特性优良和张力合格的光纤。

2.光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。

3.二次挤塑：选用高弹性模量，低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子，将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶，最后存放几天（不少于两天）。

4.光缆绞合：将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。

5.挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。

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