化学气相沉积法

第2章光纤拉制及成缆

光纤是如何拉制的，又是如何成缆的？

本章内容：光纤种类、材料、制作方式及光缆的类型等方面

化学气相沉积法全文共62页，当前为第1页。2.1光纤的分类

光纤基本结构：折射率较高的纤芯+折射率较低的包层

原理：在纤芯和包层率差异引起光在纤芯发生全内反射，光在纤芯内传播。

为保护光纤和免受环境影响，有涂敷层。

涂覆层直径195～250um；

包层直径一般125um；

纤芯直径根据光纤类型而不同，一般通信用单模光纤直径为8um～10um

q化学气相沉积法全文共62页，当前为第2页。1.光纤的种类光纤分类方式多（1）按照光纤芯内传输的模式数，分为多模和单模光纤。模式：在光纤轴向不同位置，有稳定的场（电场和磁场）分布，一种分布为一个模式（解）单模光纤：光纤芯只传输一个模式（基模HE11）的光纤。条件：V<2.405；特点：损耗低、频带宽、容量大、成本低，理想的长距离通信介质多模光纤：光纤芯可传输多个模式的光纤。条件：V>2.405；特点：模式色散大，不利于长途通信；适合传能和图象化学气相沉积法全文共62页，当前为第3页。

（2）据折射率沿径向的分布，分为阶跃光纤和渐变（梯度）光纤化学气相沉积法全文共62页，当前为第4页。

阶跃折射率：多模光纤、单模光纤渐变折射率：多模光纤；特点：光纤芯较小，抗弯曲性好，色散小，衰减低，其性能比阶跃型好。不足：与光波长有关的折射率微小变化引起残余色散，不同模式间产生模噪声，不适长距离通信。在通信复用技术中，光纤的色散和非线性效应影响大。为此，有几种折射率特殊分布的单模光纤：色散位移光纤、截止波长位移光纤、色散平坦光纤、色散补偿光纤。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第5页。（3）按材料组成不同，分为石英光纤、多组分玻璃光纤、液芯光纤、塑料光纤、氟化物光纤等。（4）按横截面上折射率分布状况，可分为阶跃光纤、梯度光纤、W型光纤、三角形光纤等。（5）按传输光的工作波长可分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。（6）按光纤用途不同，通信用光纤，军事上的高强度导弹用光纤，医学上激光手术刀用的传能光纤，内窥镜用的传像光纤，特种传感器用的偏振光纤等。化学气相沉积法全文共62页，当前为第6页。2.2光纤材料1.光纤材料的选择材料是光纤制作的核心。选择光纤材料的因素：纯度高、透明度高、折射率径向分布易于精确控制等，同时要注意材料自身的机械强度和化学稳定性。化学气相沉积法全文共62页，当前为第7页。

气体材料：可见和近红外区光衰减小，但折射率难控制。液体材料：光衰减小，但折射率随温度变化大，折射率难精确控制。固体材料：光衰减较大，但光学特性稳定，易控制折射率，使用最多。固体材料中，SiO2为主的石英对可见光和近红外光的透光性好，且有好的化学稳定性和机械强度。通过掺杂（锗、硼、氟、磷等），也易改变石英折射率，来源充足，价格低，是光纤的首选材料

化学气相沉积法全文共62页，当前为第8页。2.光纤材料的提纯

制备石英光纤的主要原料是一些卤化物，如SiCl4、GeCl4、PCl2、BCl3、AlCl3等。该试剂是液态、沸点低、易气化，常含一些金属氧化物、含氢化物和络合物等杂质。杂质(主要是金属和OH-)严重影响光纤衰减（吸收+散射）。为降低损耗，须提纯（去除金属杂质和OH-）。0H-吸收化学气相沉积法全文共62页，当前为第9页。提纯技术：精馏法(去金属)、吸附法(去OH-)或精馏吸附混合。

常用精馏吸附混合法：

（1）氢氧焰燃烧SiCl4，产生氯化物气体和二氧化硅（粉尘状）。因温度上升在57.6℃时，SiCl4变成蒸气与氧气反应，而其它铁、铜等金属氯化物沸点高(液态)。该法将杂质降至十亿分之一的水平。

（2）精馏不能除去某些极性杂质。例如：SiCl4溶液的OH—有极性，源于含氢化合物，对损耗影响大。但它易形成化学键被吸附剂吸收。而SiCl4是非极性分子，不易被吸附剂吸收。因此，选择适当吸附剂，用吸附法可提纯。

精馏+吸附混合法的流程如下图所示。化学气相沉积法全文共62页，当前为第10页。活性氧化铝吸附柱一级精馏塔二级精馏塔简单蒸馏器活性硅胶吸附柱三级精馏塔四级精馏塔精料槽图2.1精馏吸附混合法流程图化学气相沉积法全文共62页，当前为第11页。对于气态原料，采用吸附法除去杂质（净化器，如：钯管、分子筛等）。通过一级或多级净化可达要求纯度。目前通过蒸馏、吸附方法，可将过渡金属杂质减少至10-9以下，可忽略金属离子对损耗的影响。通过改进工艺，基本可消除OH-离子的影响。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第12页。3.光纤材料的折射率控制光纤需高折纤芯和低折包层，同时有好的透明性，石英及其掺杂可实现此特性。通过石英掺杂改变折射率。纤芯（包层可为纯石英）:掺杂剂(锗)增加石英折射率，且锗对光的吸低，二氧化锗(GeO2)与石英相似;包层（芯可用纯石英）:掺杂剂(氟,硼)降低折射率最常用:氟；硼不如氟明显。掺杂浓度（%）折射率ZrO2TiO2Al2O3GeO2P2O5B2O3F1.511.501.491.481.471.461.451.4405101520图2.2

各种掺杂剂对石英玻璃折射率变化的作用化学气相沉积法全文共62页，当前为第13页。

目前匹配包层、凹陷包层、塑料包层阶跃等石英光纤的掺杂（如图2.3）

匹配包层光纤:纤芯掺杂(锗)后折射率高于纯石英，纯石英用于包层；(常制造单模阶跃光纤)

凹陷包层光纤:以少量掺杂(锗)使纤芯折射率约增加，同时包层掺杂(氟)降低包层的折射率；(常制造单模阶跃光纤)

塑料包层光纤:以纯石英作纤芯，折射率低于石英的塑料作包层。(可制造多模阶跃光纤)

复杂折射率分布(色散位移光纤、渐变折射率多模光纤）的折射率控制方法与简单阶跃光纤相同（掺杂）。化学气相沉积法全文共62页，当前为第14页。图2.3三种阶跃光纤掺杂方式和折射率曲线掺杂纤芯石英+锗纯石英包层折射率匹配包层光纤低掺杂纤芯石英+低锗石英+氟石英+氟凹陷包层凹陷包层纯石英纯石英凹陷包层光纤塑料包层纯石英纤芯纯石英纯石英塑料包层塑料包层光纤（不适用于单模光纤）化学气相沉积法全文共62页，当前为第15页。2.3光纤的拉制光纤制造流程如图2.4。主要流程是制棒、拉丝、涂敷

原料制备原料提纯制棒(2种)拉丝涂敷筛选合格光纤性能测量质量控制纯度分析图2.4制造光纤的工艺流程化学气相沉积法全文共62页，当前为第16页。1.制棒

原材料提纯后，首先是制棒（预制棒或石英棒的方法相似）。预制棒：其折射率分布与所要制成的光纤分布一致。是加粗加大的光纤，直径10-20cm，长50-100cm的硅化物圆柱，制作预制棒的工艺：可分为气相沉积法和非气相沉积法（多组分玻璃法、凝胶法、机械成形光纤预制棒法等）气相沉积法:最常用,(1)液态的SiCl4、掺杂剂气化，(2)与氧生成氧化物粉尘，沉积并烧结在基底或管壁，(3)层层堆积成预制棒。沉积时，控制掺杂浓度，控制折射率分布，得到所需分布的预制棒。优点：可制造优质光纤（纯度高）；不足：原料昂贵、工艺复杂、材料品种单一。根据粉尘沉积方式和最终熔化为预制棒的方式，气相沉积法可分为棒外气相沉积法、改进气相沉积法、等离子气相沉积法、轴相气相沉积法。改进气相沉积法和等离子体气相沉积法更受关注。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第17页。CVD/MCVD的化学反应SiCl4+O2->SiO2+2Cl2(氧化)或SiCl4+2H2OSiO2+HCl(水解)GeCl4+O2->GeO2+2Cl24POCl3+3O2->2P2O5+6Cl2SiCl4+O2->SiO2+2Cl2或SiCl4+2H2OSiO2+HCl

4BBr3+3O2->2B2O3+6Br2CoreCladding(1)化学气相沉积法（CVD）、改进化学气相沉积法（MCVD）CVD是康宁1970年20db/km低损耗光纤所采用的方法（基本工艺），MCVD是贝尔实验室1974年开发的（渐变折射率光纤）。

MCVD是在石英反应管内沉积包层和芯层，整个系统是处于封闭的超提纯状态下，可生产高质量的单模和多模光纤。（成棒：加热2000℃，冷凝后基底管塌缩成实心的预制棒）化学气相沉积法全文共62页，当前为第18页。图2.5改进的化学气相沉积法制造预制棒排气加热区热源熔石英管反应气体进入SiO2SiCl4化学气相沉积法全文共62页，当前为第19页。化学气相沉积法全文共62页，当前为第20页。(2)等离子气相沉积法（PCVD）荷兰菲利浦公司、消费电子和电信公司在1975年开发。与MCVD的区别是加热反应区的方法。过程：喷灯预热气体（更易离子化），在微波（射频）区激活气体（气体电离为等离子），带电离子重新结合时释放热量（高温），使原料反应，光纤材料直接沉积熔化在基管上。图2.6等离子气相沉积法制造预制棒冷却水石英管石英管的移动方向原料等离子射频线圈喷灯化学气相沉积法全文共62页，当前为第21页。炉体温度1200℃时，离子重新组合时释放热能，等离子的热量（高温）使SiCl4、掺杂和氧反应，氧化物沉积在基底硅（非粉尘）。优点：适于精密、复杂折射率分布的光纤。PCVD最后跟MCVD相似：基底管塌缩形成玻璃预制棒。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第22页。(3)棒外气相沉积法（OVD）康宁（Corning）1972年研发第一个批量光纤制作工艺。

OVD法包括沉积和固化，A.沉积:高纯氧+SiCl4气体送进喷灯，在高温水解成氧化物粉尘(纤芯和包层材料)，粉尘沉积于旋转棒周围(图2.7)成多孔预制棒。改变掺杂种类和浓度,先芯后包层制成预制棒。B.固化:取出旋转棒的预制棒，在14000-16000℃，烧缩成透明、无泡和中心孔的预制棒。（氯气作干燥剂脱水）

图2.7棒外气相沉积法制造预制棒蒸汽包层材料粉尘沉积到棒上粉尘颗粒流纤芯材料火焰燃料O2+SiCl4OrGeCl4旋转棒化学气相沉积法全文共62页，当前为第23页。

1977年日本开发VAD法，与OVD相似。VAD法:(A)SiCl4、掺杂送入氢氧喷灯，石英微粒沉积在种子棒的轴端部（OVD是侧面）如图2.8。(B)先沉积纤芯，沿轴向移动并再沉积包层，同时形成新纤芯。(C)多孔预制棒经石墨环形加热干燥和熔缩，并喷吹氯器得预制棒

VAD无中心孔，一般通过喷灯结构、喷灯与棒的距离、反应炉温和多个喷灯等实现。图2.8轴向气相沉积法制造预制棒透明预制棒环状加热棒种子石英棒多孔预制棒氢氧喷灯（H2O2）原料（SiCl4）原料（SiCl4GeCl4）（4）轴向气相沉积法（VAD）化学气相沉积法全文共62页，当前为第24页。化学气相沉积法全文共62页，当前为第25页。非CVD法:（5）多组分玻璃法按比例（SiO2为主+碱金属、碱土金属、铝、硼的氧化物等）配料，均匀装填到坩埚，加温熔融成玻璃坯，再拉制成棒（芯棒和包层棒）。适于双坩埚法熔融拉丝。特点：折射率比石英高，可制作大孔径光纤；熔融温度比石英低（1400℃以下）；抗压抗拉强度低。

(6)

凝胶法凝胶法主要生产塑料光纤预制棒。工艺(A)在包层塑料PMMA（polymethylmethacrylate）空管，置入高折掺杂和聚苯乙烯（塑料材料）的混合物；(B)加热聚合(聚苯乙烯混合液)成凝胶；(C)高折掺杂剂分子比聚苯乙烯大，不易扩散,聚合完成时，掺杂浓度沿径向呈梯度折射率分布（梯度塑料光纤预制棒）。化学气相沉积法全文共62页，当前为第26页。(7)机械成形光纤预制棒法（MSP）

MSP是低成本工艺。过程：用填充机将高掺杂石英粉填入石英管中，高温稳定为疏松的预制棒；再放入高温并氯化脱水处理，烧结成棒或再拉为细棒(芯)；再用石英粉外包该棒(包层)，并烧结疏松包层，即可成预制棒。此外，还有其它制棒法：如将高折的棒插入低折的管中，加热后使管熔到棒上，形成预制棒如图2.9。主要用于图像传输和照明用光纤的制作。图2.9玻璃棒熔融制造预制棒管（低折射率玻璃）棒放入管中棒（高折射率玻璃）熔合成预制棒包层纤芯化学气相沉积法全文共62页，当前为第27页。

光纤预制棒实物照片单模/多模光纤预制棒光子晶体光纤预制棒化学气相沉积法全文共62页，当前为第28页。2.拉丝

预制棒类似大尺寸光纤，在“拉丝塔”内拉丝后才得真正的光纤。因掺杂剂在玻璃中扩散困难，在高温加热(2000℃)时，预制棒的芯包比和折射率分布不变。化学气相沉积法全文共62页，当前为第29页。（1）典型的拉丝是管棒(预制棒)拉制法，预制棒以一定的速度送往加热炉，预制棒尖在高温时的粘度变低，靠自身重量下垂变细而成纤维。其关键是拉伸速率(慢的质量好)，速度与光纤直径有关，通过牵引线可改变拉伸速率（200到2000m/min）

预制棒加热方法:一般石墨电阻炉（防石墨高温氧化，充以氩、氦气等惰性气体，气体流量稳定），还有石墨高频感应加热法、氧化锆加热法、大功率二氧化碳气体激光器加热法等。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第30页。光纤拉丝塔设备照片化学气相沉积法全文共62页，当前为第31页。（2）双坩埚拉丝法双坩埚是同心套装的铂金坩埚，图2.11。中央底部有喷嘴，内坩埚装高折纤芯玻璃，外坩埚装低折包层玻璃。坩埚喷嘴尺寸控制光纤芯和包层外径，调配玻璃组分可改变芯包折射率差；双坩埚喷嘴流出的纤芯和包层间的掺杂离子交换和扩散可控制纤芯折射率分布。拉丝温度一般在1000℃以下，速度几百米/min，加热方式一般用直流电流加热、感应加热等方式（双坩锅法已少见）

图2.11双坩埚法拉丝装置包层玻璃芯棒玻璃内坩埚外坩埚加热炉待涂覆卷绕作用区化学气相沉积法全文共62页，当前为第32页。3.涂敷、塑封和成筒拉丝的局部应力集中在表面，裸光纤强度低，一般须光纤涂敷涂敷常在拉丝过程中由涂敷器完成。材料：热固化硅树脂或紫外光固化丙烯酸酯涂敷器：（1）无压的开口形式。光纤通过模口时粘附涂料后固化(厚度由模口和纤径决定,高速时不均匀)。（2）压力涂敷器。常用，适于高速拉丝，涂料中不搅起气泡。

图2.12涂敷器结构图开口杯涂覆液涂覆嘴涂覆液外涂覆嘴内涂覆嘴（a）开口杯（b）压力涂覆器压力化学气相沉积法全文共62页，当前为第33页。化学气相沉积法全文共62页，当前为第34页。各种光纤：普通石英光纤塑料光纤卤化物光纤紫外光纤化学气相沉积法全文共62页，当前为第35页。

为加强保护，涂层常两次以上涂敷(涂敷—固化—涂敷—固化或涂敷—涂敷—固化）。内层用折射率比石英大的变性硅酮树脂（吸收包层光），较软（免遭外力引起微弯）。外层是普通硅酮树脂，较厚（约100mm，由测径仪和涂敷液浓度、压力等控制），较硬（防磨损和高强度），有利于低温和抗微弯性。固化方式：据材料种类，可分为热固化和紫外灯固化。

塑封：为便于操作和提高光纤的抗张力、强度，在涂敷层上再套尼龙、聚乙烯或聚酯等塑料（塑封）。过程：光纤穿过模具导向管，在出口处涂敷上熔化的尼龙，再经冷却水槽而被冷却固化，再到收丝的转轮上。塑封有紧套和松套两种。紧套型是塑料紧贴涂敷层，光纤不活动。松套型是在涂敷层外包上塑料套管，光纤可活动。

光纤经涂敷、塑封后，并经强度筛选后可绕到收丝筒上成筒，成筒光纤经性能测试合格后，入库待成缆用。化学气相沉积法全文共62页，当前为第36页。2.4光纤成缆技术2.4.1光缆概述

涂敷、塑封后的光纤，强度还不够大，受外部环境影响大。为保护、安全和方便使用光纤，光纤需成缆为光缆后才可直接用于通信工程线路。下面简介成缆原因、材料、结构、制作以及敷设等。化学气相沉积法全文共62页，当前为第37页。1.成缆目的

（1）使光纤操作容易。有涂层的光纤外径很小，约250~900μm，不易操作；光纤透明，难以发现和直接辨认光纤种类。大部分通信系统需要多根（甚至数百根）光纤，无颜色编号层的光纤难以辨认。（2）保护光纤免受破坏：（A）免受外力：拉制时的微裂纹使抗拉强度降低，同时外力会使微裂纹逐渐扩展而使光纤断裂。（B）免受侧力：侧向压力会产生微弯（曲率半径小于光纤半径量级），造成损耗增加和微裂纹扩散。（C）免受水浸蚀：水使石英的Si—O键结合力降低，水和潮气的OH-增加损耗，水与金属反应产生的氢引起氢损。（D）免受宏弯：宏弯（曲率半径大于光纤半径量级）使损耗增加，且在内侧面产生微弯。（E）免受冲击、磨损、扭曲、化学腐蚀以及动物啃啮等：这些都能破坏光纤。光纤成缆是将光纤置于易见、易操作、有防护性的结构之中。化学气相沉积法全文共62页，当前为第38页。2.光缆材料

光缆适用环境、敷设方式不同，其材料要求也不同：穿过空气空间的室内光缆，需防火；室外环境，需抗潮湿和温度容限；架空光缆，须承受温度极限、日照和风力；沿管牵引的光缆，须承受表面磨损和张力等。(与材料有关)

除光纤外，光缆材料:主要高分子材料、金属及复合材料;

用途：填充、包覆、骨架、铠装等。

(1)高分子材料（详见教材）常用：工程塑料PBT、通用聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、黑色聚乙烯或黑色聚烯烃、芳纶纤维Kevlar、聚脂带PET、热塑性橡胶：工程塑料PBT，是脂类高聚物，机械性能、尺寸稳定性和耐化学性能好，主要作松管材料。通用聚乙烯PE，有抗潮性而成为室外光缆的标准材料，温度稳定性好，主要作光缆护套。聚氯乙烯PVC，有好的阻燃效果，可作阻燃护套，是室内光缆的最常见材料化学气相沉积法全文共62页，当前为第39页。黑色聚乙烯或黑色聚烯烃，有强的耐电痕性（适于以上电线，放电导致光缆电痕、电蚀，损伤光缆，降低寿命），常作耐电痕护套，用于强电场环境。芳纶纤维Kevlar是由许多的芳香族聚酰胺细丝胶合或平行集束而成，耐磨、耐切割、柔软、防弹、重量轻，是取代金属的非金属抗拉理想材料，作室内和野战光缆、强电环境中的抗拉元件。聚脂带PET，用于层绞式光缆中松套管的环绕包扎，稳定多根松套管结构和防护作用。缆用热熔胶，由热塑性橡胶与树脂、调节剂和稳定剂等熔融制成。用于连接保护和收缩。此外，还有防水和潮气渗入光缆的填充油膏、用吸水树脂粘接聚脂纤维无纺布中构成的阻水带等高分子材料。化学气相沉积法全文共62页，当前为第40页。(2)

金属材料金属材料作加强件和铠装件，增强抗拉、耐侧压、抗弯、抗冲击、防机械损伤等性能，限制高分子材料的热胀冷缩特性。常用的是高炭钢丝（细金属轴），作抗拉件；低碳钢丝常作铠装层；也常用多股细钢丝绞合成钢绞线作为加强件。化学气相沉积法全文共62页，当前为第41页。(3)复合材料光缆复合材料是由金属和塑料组成的金属复合带，以镀锡、铬钢带或工业纯铝箔为基材，将塑料双面涂敷或热贴合在金属带上而成，如钢塑复合带和铝塑复合带。将钢塑或铝塑复合带对缆芯进行扎纹包铠装，再与PE护套层构成综合性护套，具防水（油）隔潮、耐压、耐冲击性、保护缆芯免受机械损伤、电磁屏蔽等性能。化学气相沉积法全文共62页，当前为第42页。3.光缆结构

光缆结构决定光缆性能。其结构很多，一般围绕其中心件设计和制造。（1）(子)缆结构：在成缆之初，分离的光纤需封装在松管、紧包缓冲层或带状构造中而成为子缆(subcables)或分支光缆(breakouts)，子缆可用颜色编号，如图2.13。可容纳一根或多根光纤，能在光缆内组合。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第43页。图2.13松管、紧包缓冲层、带状光缆结构化学气相沉积法全文共62页，当前为第44页。

说明：（1）松管内光纤可自由移动，使光纤免受应力(温度改变)影响。多芯变型：同一管有多芯光纤：（A）各光纤穿过松管；（B）先成一个或多个光纤带，再装到松管内。松管可不用填充物，但室外用松管用胶状物填充，起缓冲和防潮；可装在电杆、输送管或直接掩埋。（2）紧包缓冲光纤：软塑料涂覆后减小应力，较硬的外层起保护作用。光纤位置相对固定，损耗比松管大。（3）带状光缆可是紧包光缆的变形，类似于扁平线缆。制作：有涂覆层的光纤接触、平行放置，用塑胶覆盖和聚脂膜包覆。带状光缆与多纤连接器易接续，光纤排列密集；但在敷设时光纤受应力不均。（4）多芯光缆：多个子缆组合到一个缆结构中：（A）多个松管或紧包型组合一个缆结构；（B）一个或多个带状光缆放在松管内组合；（C）将这些松管再作为子缆，可制成高数目光缆。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第45页。光缆一般结构：从内向外，中心加强件及其附近的子缆(+填充绳、阻水油膏)---铝（钢）塑复合带（加强件或骨架外）---内护层---钢丝铠装层---外护层光缆的基本构件及作用：中心加强件及垫层:一般用钢丝，以增强抗拉强度。填充绳：直径和松套管一致的塑料绳，以保证光缆圆度。阻水油膏：触变型油膏，填充在松管和缝隙处，起阻水作用。铝（钢）塑复合带：常为波纹状双面复膜的铝（钢）带，以阻水和损伤、增强抗压、抗弯、抗冲击能力和电磁屏蔽等。内护层：塑料内保护层（在子缆外），以阻水、抗弯、抗压、增大层间摩擦力等。钢丝铠装层：螺旋状紧密绞合于内护层外的钢丝，以增强耐压和抗拉、抗弯、抗扭绞能力。外护层：最外的塑料保护层，以阻水、耐磨、防损伤、抗弯、防腐、阻燃等多种能力。光缆结构多样，各组成（不一定包含上述全部）也有差异。化学气相沉积法全文共62页，当前为第46页。2.4.2光缆类型1.光缆的分类（光缆的分类方式多）(1)按敷设方式，可分为直埋光缆、管道光缆、架空和水底光缆:直埋是直接挖沟埋于地下，需抗压、阻水、防腐蚀和虫害等。管道是直接挂放于管道侧壁，或放置于水泥多孔预制管道中；需拉抗、阻水防腐蚀。架空是架设于塔杆上，有自承方式和利用钢索悬承方式。要求重量轻、余长大、防振、防弹、防电腐蚀。水底光缆是水下挖沟掩埋的光缆，需抗压、抗拉、阻水、防腐蚀等，深水海底光缆的性能要求最高。

(2)按光纤状态，可分为紧结构、松结构和半松半紧结构光缆。紧结构是光纤在光缆中无自由活动空间。松结构是光纤有一定的活动空间。半松半紧结构是光纤自由度介于前面两种光缆之间。高芯数带光纤光缆即属于此类。化学气相沉积法全文共62页，当前为第47页。（3）按缆芯结构，可分为中心束管式、层绞式和骨架式（见P41图2.14）

图2.14中心束管式、层绞式和骨架式光缆

中心束管式光缆

骨架式光缆

层绞式光缆光纤用填充物松套管钢丝加强件UV光纤PE外护套分离光纤护套介质加强件填充油膏光纤带吸水带芯管光纤带中心加强件PE护套PSP扎带及填充物缆芯填充物松套管UV光纤光纤填充物PE外护套加强件（骨架）垫层U形槽光纤带内护套阻水带金属复合带化学气相沉积法全文共62页，当前为第48页。（A）中心束管式：光纤位于光缆中心，得到保护。弯曲、侧压和冲击等对所有光纤的影响相似。不足：松套管不易很大，芯数较少，光纤余长不大。结构特点：中心束管式室外光缆,内装4-12根光纤芯，并充满油膏，松套管外纵包阻水带和轧纹钢带、外护套采用优质黑色聚乙烯，在护套内平行对称设置两根圆钢丝。该光缆全截面阻水，结构紧密、外径小、重量轻、具有良好的机械性能，低损耗、低色散、适用于数字或模拟传输通信系统的架空、管道和直埋敷设。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第49页。（B）带状光缆:

目前光纤网络的建设逐渐由国家骨干网转向区域网及城域接入网，在光纤城域网及接入网中，由于连接的节点较多，往往需要铺设大芯数的光缆，而采用带状光缆有很多优点：带状光缆其光缆的集成度，即相同的光纤芯可以将光缆结构做得较小，占用路由资源较少;降低光缆熔接费用，提高安装效率;由于光纤成本的下降，带状光缆的成本降低;光纤带及光缆制造技术的进步，使得带状光缆与普通的散纤光缆的光纤损耗基本相近;光纤带比光纤具有更好的机械性能。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第50页。（C）层绞式：含有光纤的松管以螺旋方式绞合于中心加强件上，中心加强件、多单元松套管、扎纱线合并而成的光缆。特点：与中心束管式比，工艺复杂、成本高、直径大、重量重；优点：机械和温度性能好、光纤余长易控制。层绞式室内层绞式室外松管层绞光缆紧包缓冲层绞光缆化学气相沉积法全文共62页，当前为第51页。（D）骨架式光缆

骨架式带状光缆结构使用骨架和中心加强件为支撑单元。骨架采用高密度聚乙烯材料，抗侧压性能好，对光纤带有很好的保护。同时可以防止开剥光缆时损伤光纤。中心加强件是单根钢丝或多根绞合钢丝，骨架和钢丝粘结在一起形成整体，保证光缆的机械性能和温度特性。骨架外层包绕阻水带，最外层是PE护套。化学气相沉积法全文共62页，当前为第52页。高的光纤占空比

骨架式带状光缆由于缆径小，光纤密度高，相对占用管道空间小，在城市管道资源已十分拥挤且日益紧张的今天，可避免平行敷设多根光缆。

工程优势

在骨架式带状光缆中，由于采用可分离的4芯带、8芯带、12芯带结构，给光纤带分支带来许多方便。分离成两根4芯带的8芯光纤带，在工程接续中，可根据光纤的色标进行分带熔接，这样熔接的质量高、速度快、盘纤容易，对整个光缆线路带来的附加损耗较小。

优良的机械性

骨架式带状光缆由于采用高杨氏模量的骨架单元作为基本支撑单元，因此具有较强的抗拉、抗压能力，与其它大芯数光缆比较，其机械性能非常优越。我们做了600芯骨架式光缆的机械全性能试验，在拉伸试验中，当长期应力为2000N时，光纤应变小于0.05%，没有附加损耗；短期应力为4000N时，光纤应变小于0.1%，附加损耗小于0.2dB/km。

骨架式光缆的主要优点：化学气相沉积法全文共62页，当前为第53页。2.典型光缆简介不同环境中光缆的要求不同，其考虑因素也不同。(1)室外光缆：需承受恶劣的室外条件，可挂电杆、直埋地下或敷设地下管道中。要求：有聚乙烯护套，能防潮、经受温度极限和强光照射.图2.15直埋式光缆(2)直埋光缆子缆用松套结构（以减少压、拉及温度变化对光纤的影响）；缆芯用层绞式（芯数可多，金属加强件能提高抗拉和抗弯能力）；保护层用钢带铠装，外层用聚乙烯（可提高绝缘性、表面防护、防腐和防虫害性）。化学气相沉积法全文共62页，当前为第54页。（3）通风道光缆在建筑物内、供热和通风管等中使用的光缆，要求其材料有阻燃性。（4）铠装光缆与室外光缆类似，只是外面有铠甲，起保护和防啮齿动物破坏的作用，可敷设在输送管、架空、直埋地下(需防泥土)。其中心件可用钢制和全介质件；铠甲内外用聚乙烯层包围（以铠甲免受腐蚀）；内部加衬垫（防弯曲破坏）。（5）架空光缆吊挂室外电杆上，有防应力的内应力件(钢筋或合成纱)。其敷设方案有：（A）光缆悬挂在相邻的电杆上，由内或外加强件支撑拉力：（B）用细金属丝将光缆捆绑在电杆间的“吊线”上，可降低应力。一般按后一方案敷设。

化学气相沉积法全文共62页，当前为第55页。（6）水底光缆埋或置（工作）于河、湖或海底，是更坚固和阻水的直埋光缆。其结构复杂，如图2.16。要求：长度长（海路长，系统长）、抗水压和张力（水压力和敷设打捞时的张力很大）、防腐（海洋环境复杂）；可不需铠甲。（日）电电公社深海结构（抗压）1.光纤2.铜管(1)(Ф5.2mm)3.钢绞线4..铜管(2)(Ф1.2mm)5.低密度聚乙烯6.高密度聚乙烯（日）电电公社浅海结构（抗拉）1.两层绞合2.中心线3.聚丙烯麻4.聚乙烯5.铜管6.聚乙烯7.聚丙烯