光纤通信的教案

光纤通信的教案第1页/共84页7.1光缆

7.1.1光缆的结构与类型光缆的结构有很多层，包括光纤缓冲层、结构件和加强芯、防潮层、油膏、吸氢剂、铠装和光缆护套等。光缆按应用场合可分为室内光缆和室外光缆，还有水下光缆等，其结构设计取决与其应用场合；例如：一些室内应用场合下只需加上一层塑料护套，再辅以合成纤维或玻璃纤维作为强度元件即可。而在室外应用的光缆，往往需要具备机械强度保护、防火、防潮、防化学、防紫外光、防氢、防雷电、防鼠虫等功能，还应具备适当的强度和韧性（抗拉伸、抗压扁、抗弯曲），易于施工、敷设、连接和维护等。通常需采用钢筋作为加强元件，并采用阻燃材料外护套。光缆按成缆结构方式可分为层绞式、骨架式、中心束管式和带状式光缆等；第2页/共84页1、层绞式光缆

其结构和成缆方法类似电缆，但中心多了一根加强芯以提高抗拉强度；它在一根松套管内放置多根光纤，多根松套管围绕加强芯绞合成一体，外包（铠装钢带）及聚乙烯外护套成缆；护层及松套管内充满油膏。层绞式光缆的光纤密度较高（可达114根光纤）、适用温度为－40～＋60℃、机械性能好且价廉；是目前主流室外光缆。第3页/共84页2、骨架式光缆

其结构由在中心加强芯外挤压一个带螺旋槽的硬聚乙烯骨架而成；中心加强件由多股钢丝绳构成，用于提高抗拉伸和低温收缩能力；各个螺旋槽内放置多根光纤和电线并充以油膏（电线用于传输业务信号为中继器供电）。这类光缆的抗侧压能力和抗冲击性强，成缆时微弯损耗小，但制造工艺复杂。目前已有8槽72芯骨架式光缆投入使用。第4页/共84页3、中心管式光缆

其缆芯为多根光纤束，每束2~12根光纤，由两条螺旋缠绕的捆扎成束；光纤束置于一高密度聚乙烯内护套内并填充防水，内护套外为钢带铠装层（二者间有开索）；铠装层外面紧密的粘结有外护套，在外护套内有两根平行于光缆芯的轴对称的加强芯紧靠铠装层外侧（加强芯旁也有开索）；这种光缆的光纤位于缆芯，受压小、性能好且寿命长。第5页/共84页例：雨水管道光缆的结构第6页/共84页7.1.2光缆的技术规范1、光缆的型号：

由光缆形式代号－光纤型号组成。光缆形式代号由分类号、加强构件代号、派生形状代号、护套层代号和外护套层代号五个部分组成。光缆分类号：

GY－通信用室外光缆；

GR－通信用软光缆；

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；第7页/共84页

加强构件代号

无符号－金属加强构件；

F－非金属加强构件；派生形状代号：

B－扁平式结构；

C－自承式结构；

D－光纤带结构；

J－光纤紧套被覆结构；

S－松套结构；

T－填充式结构；

X－中心束管式结构；

Z－阻燃式；第8页/共84页

护套层代号Y－聚乙烯护套；

V－聚氯乙烯护套；

U－聚氨酯护套；

A－钢-聚乙烯粘接护套；

L－铝护套；

G－钢护套；

Q－铅护套；

S－钢-铝-聚乙烯综合护套；第9页/共84页

外护层代号代号铠装层外护套层0无铠装层无外护套1－－纤维层2双钢带聚氯乙烯套3细园钢丝聚乙烯套4粗园钢丝聚乙烯套加覆尼龙套5单钢带皱纹纵包聚乙烯套第10页/共84页【例】

GY

S

A

0

3－12

J50/125(21008)C

＋5x4x0.9光纤型号12根光纤聚乙烯套无铠装层铅-聚乙烯粘接护套松套结构金属加强构件通信用室外光缆5个、4组线、直径0.9mm第11页/共84页其中光纤型号

J

50/125(2

10

08)C

适用于－20℃~+60℃

带宽距离积为800MHz·km

损耗系数为1dB/km

使用波长在1.31µm区域芯径50µm/包层直径125µm

二氧化硅多模渐变型光纤第12页/共84页2、光缆的技术规范

光缆技术规范由光缆的性能参数和光纤的性能参数两部分组成。光缆的性能参数一般包括光缆结构、敷设方式、使用及存储温度范围及机械特性（光纤芯数、光缆直径、光缆重量、允许短期和长期承受的拉力和压扁力、允许的动态和静态的弯曲半径）等。光纤的性能参数则根据用户选择的光纤来决定。光缆一般采用木盘或铁木盘包装；标准盘长有2000＋(0～100)m和3000＋(0～100)m；光缆的外护套上每隔一定距离会印有产品型号、制造商名称及制造时间等标志。第13页/共84页【例1】开槽光缆GYAXS（长飞）

开槽光缆是一种尺寸较小的光缆。其敷设只需在马路上开一窄槽将光缆埋入，然后回填恢复路面。该光缆包含单模或多模光纤、松套管、芳纶加强元件及钢带和PE护套。具有轻便、柔软、易敷设、成本低、敷设速度快等优点。芯数光缆外径D(mm)光缆重量(Kg/Km)允许拉力（N）允许压扁力（N/100mm）允许弯曲半径短期长期短期长期动态静态4-128.580≥1000≥300≥1000≥30020D10D使用温度－30℃～＋70℃存储温度－40℃～＋70℃机械与环境特性第14页/共84页【例2】GYXTW光缆

（浙江汉维）

为金属加强构件夹带钢丝的钢－聚乙烯粘结护套、中心束管式全填充型通信用室外光缆；适用于长途通信和局间通信。敷设方式：架空、管道和直埋。适用温度范围

：

-40℃~+60℃芯数光缆外径(mm)光缆重量(Kg/Km)允许拉力（N）允许压扁力（N/100mm）允许弯曲半径短期长期短期长期短期长期2-68-1210.010.7110122≥3000≥1000≥3000≥100020倍光缆直径10倍光缆直径第15页/共84页【例3】GYTS光缆（浙江汉维）GYTS金属加强构件钢－聚乙烯粘结护套中心束管式全填充型通信用光缆。适用于长途通信和局间通信。敷设方式：架空、管道和直埋。适用温度范围

：

-40℃~+60℃芯数光缆外径D(mm)光缆重量(Kg/Km)允许拉力（N）允许压扁力（N/100mm）允许弯曲半径短期长期短期长期动态静态2-1211.0174≥1000≥300≥1000≥30020D10D第16页/共84页7.2光缆施工7.2.1施工准备工作

主要包括现场设计及光缆准备两个内容。

一、现场设计：

1、通过各有关专业的技术勘察确定终端站及中间站的地点及站内的平面布局；

2、选择光缆路由；

3、拟定路由上各处光缆的类型及敷设方式，绘制光缆线路的路由图、系统配置图及管道系统图；

4、确定光缆及其它各种材料、设备的数量。第17页/共84页路由选择原则

根据现场地形地物、建筑设施以及有关部门的发展要求，选择最短而弯曲少的路由。

尽量远离高压线路和接地装置；穿越高压线路时应垂直，当条件限制时二者交角应大于45°。

尽量避免与其它管线交越，必须穿越时应在这些管线下方0.5m处通过且必须加钢管保护（管线埋深超过2m时也可在其上方适当位置穿越）。

尽量避免穿越水塘、沟渠、矿区等，必要时要加管道保护等措施。

建筑物外应通过屋顶及楼面的管道或托架来引导光缆，建筑物内应选择竖井内和天花板上面敷设光缆。第18页/共84页例：多层建筑光缆敷设第19页/共84页例：别墅区光缆敷设第20页/共84页例：多层建筑内光缆敷设第21页/共84页例

：

高

层

建

筑

内

光

缆

敷

设第22页/共84页二、光缆准备：盘测与配盘

光缆在敷设前一定要先进行以下准备工作：

1、记录光缆型号、制造商名称、光缆中的光纤数、缆盘识别号等；将整盘光缆的一端剥开1m左右，分开光纤并处理好各光纤端面；

2、用光时域反射仪测量并记录测试方向、光缆总的盘长、总的光纤长度、总的损耗、每公里的衰减系数、整个光纤的OTDR衰减谱、有无反射异常等。

3、测量并记录光缆中护层的绝缘强度和绝缘电阻、对带电导线的光缆还要测量电导线的直流电阻、环路电阻偏差、绝缘强度及绝缘电阻；

4、将测量合格的光缆剪去剥开段并重新密封端口。第23页/共84页7.2.2室外光缆敷设

室外光缆的敷设有直埋、管道、架空及水底等多种敷设形式。

1、直埋：在地面挖沟开槽，将光缆直接埋入地下。长途干线主要采用直埋方式。

2、管道：利用城市电信水泥管道或硅芯管敷设。现在许多城市采用雨水管道敷设光缆，其网络通路四通八达、无须开挖路面因而绕开繁杂的审批程序且节省大量的赔补费用、施工不受天气的影响。

3、架空：通过杆路吊线托挂或捆扎来架设光缆。对光缆的机械性能（防震、防凤、防雨雪、防低温张力、防潮等）要求高，在－30℃以下地区不宜采用。第24页/共84页光缆直埋方式敷设步骤1、沿敷设线路挖深1±0.2m、底宽0.3m的埋设沟，沟应尽可能直，沟底平整无坎并垫10cm厚的细沙土。

2、布放光缆：一般将光缆的端头固定，使光缆盘沿敷设线路移动并旋转，将光缆放置于沟内（也可采用将光缆盘固定并旋转，而将光缆牵引敷设于沟内）；

3、回填：先回填30cm厚的细沙土并人工踏平，再全部回填；回填后应高出地面10cm以便日后沉降。

4、为方便日后维护，在光缆敷设路由正上方，直线段每1000m、光缆接头、弯曲段位置、穿越河床位置等处都应埋设标石，并做相应符号标记。第25页/共84页光缆架空方式敷设

架空光缆采用钢绞线支承方式，用7/2.2mm的镀锌钢绞线作悬挂光缆的吊线。杆距为35～50m；吊线与光缆要良好接地，并有防震、防风、防雷电措施；架空吊线与电力线的水平与垂直距离要大于2m，离地面最小高度为5m，离房顶最小距离为1.5m。架空布放光缆使用滑轮车，在架杆和吊线上每10～20m挂一个滑轮，在滑轮间穿好牵引绳，系住光缆的牵引头，将光缆牵引上架杆吊挂在吊线上。光缆挂钩的间距为４０ｃｍ，挂钩的搭扣方向要一致，每根电杆处要有凸型滴水沟，每盘光缆在接头处应留有杆长加３ｍ的余量，以便接续盒地面熔接操作。第26页/共84页光缆敷设注意事项1、同一批次的光纤，其模场直径基本相同，在某点断开的光纤两端的模场可视为一致，因而在此点熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响最小。因此，要求光缆生产厂家用同一批次的裸纤，按要求的光缆长度连续生产，在每盘上顺序编号，并分别标明Ａ（红色）、Ｂ（绿色）端，不得跳号。敷设光缆时需按编号沿确定的路由顺序布放，并保证前盘光缆的Ｂ端要和后一盘光缆的Ａ端相连，从而保证接续时两光纤端面模场直径基本相同，使熔接损耗值达到最小。第27页/共84页2、光缆的弯曲半径不应小于光缆外径的15倍，施工过程中不应小于光缆外径的20倍；

3、布放光缆时，光缆必须由光缆盘上方放出并保持松弛的弧形；光缆应无扭转，严禁浪涌冲击。

4、用牵引方式布放时，牵引力不应超过光缆最大允许张力的80％，瞬间最大牵引力不应超过光缆最大允许张力的100％，且主要牵引力应施加在光缆的加强件上。牵引速度应均匀，每分钟10～20m。

5、光缆敷设时，在光缆的转弯处或地形较复杂处应有专人负责，严禁车辆碾压。

6、为在光缆发生意外断损时可接续，应每隔几百米留5～10％的余长；在接头处应留10m以上的余长。第28页/共84页7.2.3室内光缆敷设

室内光缆的敷设分垂直路由和水平路由两种。垂直路由一般选择在建筑物竖井的管槽中；光缆敷设在槽道内或走线架上，并按1.5～2m间隔对光缆采取有效的固定措施。水平路由可有多种方法：

1、光缆敷设在水平槽架的弱电线槽内，单独捆扎固定，并在进入槽架部位留有足够的缓冲段；

2、光缆穿入聚乙烯管内沿墙明敷或暗敷（光缆与管内截面积之比应小于0.53）；

3、光缆穿入聚乙烯管内敷设于顶棚或天花板上方并固定好；第29页/共84页7.2.4光缆接续与成端

一、光缆接续常见光缆纤芯的颜色按顺序分为本、橙、绿、棕、灰、白、黑、红、黄、紫、粉红、青绿，称为纤芯颜色的全色谱，有些光缆厂家用“蓝”替换色谱中的某颜色。多芯光缆把不同颜色的光纤放在同一束管中成为一组，一根多芯光缆里可能有好几个束管。正对光缆横截面，把红束管看作光缆的第一束管，顺时针依次为白一、白二、白三……最后一根是绿束管。

光缆接续应遵循的原则是：芯数相等时，要同束管内的对应色光纤对接，芯数不同时，按顺序先接芯数大的，再接芯数小的。第30页/共84页

光纤接续的方法有：熔接、活动连接、机械连接三种。在工程中光纤接续大都采用熔接法：

①开剥光缆，并将光缆固定到接续盒内。注意不要伤到束管，开剥长度取1m左右，用卫生纸将油膏擦拭干净，将光缆穿入接续盒；固定钢丝时一定要压紧，不得有松动。否则可能造成光缆打滚折断纤芯。

②分纤，将光纤穿过热缩管。将不同束管，不同颜色的光纤分开，套上热缩管。

③打开全自动熔接机电源，根据系统使用的光纤和工作波长来选择合适的熔接程序（如无特殊情况，一般都选用自动熔接程序）。及时去除熔接机中的灰尘，特别是夹具，各镜面和V型槽内的粉尘和光纤碎未。第31页/共84页④制作光纤端面：用专用的剥线钳剥去涂覆层，再用沾酒精的清洁棉将裸纤擦拭干净，然后用精密光纤切割刀切割光纤，对0.25mm（外涂层）光纤，切割长度为8－16mm，对0.9mm（外涂层）光纤，切割长度只能是16mm。

光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以在熔接前一定要做好合格的端面。

⑤放置光纤：将光纤小心地放入熔接机的V形槽，压上光纤压板和光纤夹具（根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置）。关上防风罩，即可自动完成熔接，时间约十几秒。第32页/共84页⑥加热热缩管。打开防风罩，把光纤从熔接机上取出，将热缩管放在裸纤中心，放到加热炉中加热。加热

20mm微型热缩套管约需40秒。

⑦将接续好的光纤盘绕固定：应根据实际情况灵活地采用圆、椭圆、“～”形等多种图形盘纤。按余纤的长度和预留空间大小，顺势自然盘绕，不得生拉硬拽。盘绕的半径越大，光纤的弯曲损耗越小。盘绕时必须注意R≥4cm，避免产生一些不必要的损耗。

⑧密封和挂起。野外接续盒一定要密封好，防止进水。套上不锈钢挂钩并挂在吊线上。第33页/共84页二、光缆成端

光缆终端一般连接在光纤终端盒、分线箱或光纤配线架上，其中常用的光纤分线箱内置了光纤连接器和集线盘，光纤采用熔接方式连接。第34页/共84页光纤熔接

目前工程中多采用高精度自动熔接机，光纤端面切割好后，光纤间的对准、调整、熔接及损耗测量等步骤都在微处理机的控制下自动完成，熔接质量很好，接头附加损耗可控制在0．1dB以下。第35页/共84页7.3.3光纤熔接机第36页/共84页某光纤熔接机的主要技术性能

可熔接多模、单模石英光纤（包括G.655及EDF）；

纤包层外径80～150µm、涂覆层外径250～900µm；

切割长度8～16mm；

平均接续损耗：多模0.01dB、单模0.02dB；

接续条件48种，标准接续时间18s；

加热条件10种；加热时间约75s；

大型防风罩，在15m/s强风下能正常工作；

白色LED照明V形槽，可暗处作业；

5.6英寸彩色显示器，340倍率图像；记录接续前后的光纤图像、智能识别光纤种类、显示各种测试结果。第37页/共84页常用施工工具光纤涂覆层剥离钳横向

开缆刀纵向

开缆刀第38页/共84页光纤切割刀第39页/共84页1、首先將光缆穿进光纤终端盒

光纤连接器，连接光纤跳线第40页/共84页光缆准备2、剥光缆加固钢丝（約剥1米長）第41页/共84页3、剥光缆加固钢丝（約剥1米長）4、剥光缆外皮（約剥1米長）第42页/共84页5、用美工刀轻刻剥光缆金属保护层6、轻折光缆使金属保护层断裂（弯曲角不能大於45°）第43页/共84页7、用美工刀轻刻剥光缆塑胶保护管8、轻折光缆使塑胶保护管断裂（弯曲角不能大於45°）第44页/共84页10、用纸巾沾酒精清洁每一小根光纤9、去除折下的塑胶保护管第45页/共84页11、套光纤热缩护套管第46页/共84页12、剥光纤涂覆层第47页/共84页13、用沾酒精紙巾將光纤擦拭干净第48页/共84页14、用光纤切割刀切割光纤（切割长度要适中）第49页/共84页15、將切割好的光纤放到光纤熔接机的一側第50页/共84页16、固定好光纤第51页/共84页尾纤准备17、将光纤跳线中间剪断成为两根尾纤第52页/共84页18、用石英剪刀剪除光纤尾纤石棉保护层第53页/共84页19、剥尾纤涂覆层，剥好的尾纤涂覆层应伸出外护套的长度至少为20cm第54页/共84页20、用沾酒精紙巾將剥好的光纤擦拭干净21、用光纤切割刀切割尾纤（切割长度要适中）第55页/共84页22、將切割好的尾纤放到光纤熔接机的另一側（注意：两光纤尽量对齐）第56页/共84页23、固定好尾纤第57页/共84页光纤熔接24、按“SET”键开始熔接光纤第58页/共84页25、熔接結束观察損耗值，熔接不成功会告知原因第59页/共84页26、用光纤热缩护套管完全套住剥去涂覆层部份（剥光纤时要控制好長度）第60页/共84页27、將套好热缩护套管的光纤放到加热器中第61页/共84页28、按“HEAT”键加热第62页/共84页29、取出已加热好热缩护套管的光纤，一根光纤熔接完成。重复以上步骤完成全部光纤熔接。第63页/共84页装盒30、將熔接好的光纤裝入光纤终端盒，將光纤盘好並用胶带固定第64页/共84页31、將尾纤接入光纤连接器，将光缆固定于光纤终端盒第65页/共84页7.3常用仪器7.3.1光时域反射仪OTDR：

OTDR用于测量光纤长度、光纤传输衰减、光接头损耗及光纤故障点定位等；它可在光纤的一端进行测量，并具有自动存储测量结果及自带打印机的功能，使用很方便，是光缆施工与维护中的常用仪器。

OTDR的工作原理类似于雷达。它发射光脉冲到光纤内，并接收返回的光信息。由于光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接点、弯曲及断裂等而产生瑞利散射及菲涅尔反射，因此这些返回的散射和反射光即包含光纤线路内不同位置上的信息。将这些信息经处理即可达到测量目的。第66页/共84页OTDR

由于瑞利散射是无规律的，且散射功率与该点的入射光功率成正比；因此通过测量输入光脉冲沿光纤返回的瑞利散射光功率就可得到入射光沿光纤传输线路的损耗特性。菲涅尔反射则是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，在连接点，光纤终端或断点这些传输条件突变点，会有很强的背向反射光。因此，测量输入光脉冲与各点产生的菲涅尔反射信号返回所用的时间，再根据光在该光纤中的速度（光纤的折射率由光纤生产商来标明），就可计算出这些点到测量端口的距离。第67页/共84页OTDR结构

主时钟电路产生标准时钟信号，控制脉冲发生器产生窄脉冲并调制激光器，定向耦合器将激光器产生的光脉冲送入被测光纤，同时将光纤的散射和反射信号耦合进光检测器，检测器输出的电信号经放大并经信号处理（采用取样积分法消除散射光随机噪声、计算相关数据）后输出测量数据（显示及打印）。脉冲发生器激光源主时钟信号处理数据输出光检测放大器定向耦合器被测光纤第68页/共84页OTDR外观第69页/共84页OTDR外观第70页/共84页OTDR测试方法1、将光缆剥开约1m左右，分开光纤并处理好各根光纤端面；

2、将光纤通过尾纤或光纤跳线与OTDR连接；有的情况还要加接一段1km的盲区光纤；

3、设定OTDR：根据光纤工作模式设定波长及模式；根据光纤的长度及损耗特性设定量程等参数；输入被测光纤的折射率；

4、进行测量；

5、将测量结果及光纤衰减谱存储及打印。第71页/共84页OTDR显示曲线1

一般正常曲线图：A为盲区，B为测试末端反射峰。测试曲线为倾斜的，随着距离的曾长，总损耗会越来越大。用总损耗（dB）除以总距离（Km）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km）。第72页/共84页OTDR显示曲线2

这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素。曲线中的这个台阶是比较大的一个损耗点，也可以称为事件点；曲线在该点向下掉，称为非反射事件；如果曲线在该点向上翘，就称反射事件；第73页/共84页OTDR显示曲线3

曲线在末端没有任何反射峰就下掉了：若已知光纤长度，而在未到达应有距离曲线就下掉了，这表明光纤在该处断线，也有可能是光纤在该处被打了折。在线路排障时，常将不能确定的管线打折来判断。第74页/共84页OTDR显示曲线4

中间多一个反射峰：很可能是一个跳接点。因为平整光滑的光纤端面常会出现反射峰。端面越平整，反射峰越高。第75页/共84页OTDR显示曲线5

这种曲线常在测试长距离光纤时出现，表示光纤长度超过了OTDR所能测试到的距离，或是OTDR的距离、脉冲参数设置过小所致。应该调整仪器的有关参数，稍微加长测试时间也可能解决。第76页/共84页OTDR显示曲线6

出现这种曲线时，应该：1、检查测试的尾纤是否连接正常；2、将OTDR的距离和脉冲参数设置调到最小；如还是这种情况的话，可判断：1）尾纤可能有问题，2）OTDR上的识配器可能问题，3）断点离测试端十分近，OTDR不足以测试出距离来。第77页/共84页7.3.2光谱分析仪OSAOSA用于测试光信号的光谱；广泛应用于WDM系统中，测试各信道的光功率、光信噪比、波长、光谱宽度及信道