第二部分光纤和光缆演示文稿

第二部分光纤和光缆演示文稿目前一页\总数一百零一页\编于十七点（优选）第二部分光纤和光缆目前二页\总数一百零一页\编于十七点电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线目前三页\总数一百零一页\编于十七点通信波段划分及相应传输媒介10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（m）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无线电频段划分传输介质目前四页\总数一百零一页\编于十七点

光通信技术发展的初期，曾用在大气传输光通信系统上的光源,氦氖激光器的波长是0.6328μm，属于可见的红光；另一种在大气传输的二氧化碳激光器的波长是10.6μm，属于不可见的近红外光波。当今用作通信传输的介质--石英光纤的低衰减“窗口”为0.6～1.6μm的波段范围，就坐落在可见的红光波段和不可见的近红外波段上。光波和其它波长的电磁波一样，在真空中的传播速度是3.00×108m/s。光波在均匀介质中是直线传播的，在介质中的传播速度v与介质中的光折射率n成反比，即：v=c/n

式中，n为介质的光折射率；c代表光速（3.00×108m/s）。以空气为介质的光折射率接近于1。因此光在空气中的传播速度接近于3.00×108m/s。但是，石英玻璃的光折射率为1.458，所以光波在石英光纤中的传播速度（应为2.00×108m/s），要比在空气中传播的慢一些。目前五页\总数一百零一页\编于十七点

光波在介质中的传播由于石英光纤本身是一种玻璃介质，要研究光在光纤中的传播原理，首先应从物理概念上利用几何射线光学的概念来研究光在介质中传播的一些现象，然后在引伸到光在光纤中是怎样传播的。

1、光的折射与反射光波是电磁波，所以光在空间是沿着直线传播的。但是当光遇到两种不同介质的交界面时会发生折射和反射。如图所示。目前六页\总数一百零一页\编于十七点光射线的反射和折射目前七页\总数一百零一页\编于十七点

光的反射服从反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，反射光线和入射光线分居法线的两侧，反射角φ反等于入射角φ入。光的折射服从折射定律(斯涅尔定律:荷兰数学家斯涅尔在1621年发现的这一规律)：折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线的两侧，入射角φ入和折射角φ折的关系为：sinφ入／sinφ折=n2／n1目前八页\总数一百零一页\编于十七点

由于空气的折射率近似为1，所以该公式又可写成：

sinφ入／sinφ折=n2

理论和实验的研究都证明：某种媒质的折射率，等于光在真空中的速度c与光在这种媒质中的速度v之比：n=c/v

由于光在真空中的速度c大于光在任何媒质中的速度v，所以任何媒质的折射率都大于1。光从真空射入任何媒质时，入射角大于折射角。

由于光在真空里的速度跟在空气里的速度相差很小，可以认为光从空气里进入某种媒质时的折射率就是那种媒质的折射率。

根据光路的可逆性，当光线逆着原来的折射光线，以入射角从折射率是n的媒质射入真空（或空气）的时候，折射光线就会逆着原来的入射光线，折射角等于原来的入射角。由于真空真空折射率小于媒质折射率，所以光从某种媒质射入真空（或空气）时，折射角大于入射角。目前九页\总数一百零一页\编于十七点光的全反射现象（光密介质光疏介质）目前十页\总数一百零一页\编于十七点

光的全反射在各种不同的媒质中，光的折射率是不同的。我们把折射率小的媒质叫做光疏媒质，把折射率大的媒质叫做光密媒质。光疏媒质和光密媒质是相对的。如水晶对水来说是光密媒质，对金刚石来说是光疏媒质。当光线从光密媒质进入光疏媒质时（例如从水进入空气时），折射角大于入射角。当入射角不断增大，折射角也跟着增大。逐渐增大光的入射角，将会看到折射光线离法线越来越远，而且越来越弱；但是，反射光线则越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线就会完全消失，只剩下反射的光线。我们称这种现象，叫做全反射。阶跃型光纤的纤折射率分布是均匀的，它是靠全反射原理将光射线集中在纤芯中沿光纤长度方向传输。光射线在纤芯中的运行轨迹是一条和轴线相交的锯齿线。在自然界，全反射现象是普遍的、常见的。例如，水中或玻璃中的气泡，看起来特别的明亮，皆因由于一部分射到气泡界面上的光发生了全反射的缘故。光导纤维就是利用光的全反射来进行传输光信号的，如图所示。目前十一页\总数一百零一页\编于十七点光线在阶跃光纤中的全反射图目前十二页\总数一百零一页\编于十七点1870年,英国皇家学会演示了光在一束细水流中进行全内反射传输的现象。目前十三页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的基本知识

光纤是光导玻璃纤维的简称，就是用来导光的透明介质纤维，它是一种新型的光波导。光纤外径一般为122--128μm，芯径一般为8--53μm。光纤的结构

一根实用化的光纤是由多层透明介质构成的，一般为同心圆柱形细丝，为轴对称结构，一般可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层，其外形如图所示。目前十四页\总数一百零一页\编于十七点

光纤由纤芯和包层组成

纤芯的折射率高于包层的折射率(通过对光纤掺杂杂质，光纤的折射率改变了)纤芯和包层仅在折射率等参数上不同，结构上是一个完整整体涂覆层的主要作用是为光纤提供保护无论何种光纤，其包层直径都是一致的目前十五页\总数一百零一页\编于十七点9/125µm50/125µm62.5/125µm头发直径约80µm按传播模式：多模光纤和单模光纤按折射率分布：阶跃光纤和渐变光纤按工作波长：短波长光纤和长波长光纤单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm多模：50/125μm欧洲标准，62.5/125μm美国标准几种光纤与头发丝比较示意图目前十六页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的结构一般是双层或多层的同心圆柱体，如图所示。中心部分是纤芯，纤芯以外的部分称为包层。纤芯的作用是传导光波，包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。为了达到传波的目的，需要使光纤材料的折射率n1，大于包层材料的折射率n2。为了实现纤芯和包层的折射率差，必须使纤芯和包层材料有所不同。目前实用的光纤主要是石英。如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，则就可作为纤芯材料。同样如果在石英中掺入折射率比石英低的掺杂剂，则就可以作为包层材料，经过这样掺杂后，上述的目的就可达到了。也就是说，光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成的。目前十七页\总数一百零一页\编于十七点

（1）纤芯位于光纤的中心部位，是光波的主要传输通道。直径d1=8μm～50μm，单模光纤的纤芯为9μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。（2）包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。（3）涂覆层光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。目前十八页\总数一百零一页\编于十七点

实用的光纤不是如图所示的裸露的玻璃丝，而是要在它的外表附加几层塑料涂层。目前，在通信中使用较为广泛的光纤有两种：紧套光纤与松套光纤，如图。紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。目前十九页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的分类光纤的分类方法很多，可以按材料性质、折射率分布、套塑方式及按照ITU-T建议分类等进行分类。下面介绍通信光纤的分类。既可以按照光纤截面折射率分布来分类，又可以按照光纤中传输模式数的多少、光纤使用的材料或传输的工作波长来分类。根据不同的分类方法和标准，同一根光纤将会有不同的名称，常用的分类方法有：（1）按光纤的制造材料分类按照光纤制造材料的不同，光纤可分为玻璃（石英）光纤和塑料光纤。玻璃光纤一般是指由掺杂石英芯和掺杂石英包层构成的光纤。这种光纤有很低的传输损耗和中等程度的传输色散。目前通信用光纤绝大多数为玻璃光纤。塑料光纤是一种通信用新型光纤，尚处于研制、试用阶段。塑料光纤具有传输损耗大、纤芯粗（直径100--600µm）、数值孔径（NA）大（一般为，可与光斑较大的光源耦合使用）及制造成本低等优点。目前，塑料光纤适用于短距离使用，如计算机联网和船舶内通信等。目前二十页\总数一百零一页\编于十七点

（2）按传输模数量及折射率分布分类

按传输模的数量可分为多模光纤和单模光纤。按折射率分布状况分类，多模光纤可分为阶跃型（突变型）光纤和梯度型（渐变型、自聚焦型）光纤，单模光纤则分为阶跃型光纤。它们的结构及光传输情况，见图所示。目前二十一页\总数一百零一页\编于十七点

（3）按光纤的工作波长分类石英光纤按波长分类，可分为短波长光纤的和长波长光纤。短波长光纤的波长为0.85μm(0.8--0.9μm),波长为0.85μm的多模光纤,主要用于短距离市话中继线路或专用通信网等线路。长波长光纤的波长为1.3--1.6μm，具体波长有1.3μm和1.5μm两个窗口。第三传输窗口第二传输窗口第一传输窗外吸收红外吸收瑞利散射0.22.5损耗(dB/km)波长(nm)

目前二十二页\总数一百零一页\编于十七点

（4）按套塑结构分类石英光纤按套塑结构分类，可分为紧套光纤和松套光纤。实际上，松套光纤是指光纤，在其外边是套上一个较松的套管，光纤在中间可以松动。通常，在松套管内都应充入半流质油剂，以增强防水性能和起缓冲作用。松套管对光纤能起到抗压、抗拉的保护作用。对于尾纤则采用紧套方式。

紧套光纤：光纤被套管紧紧箍住，不能在其中松动。松套光纤：光纤的护套为松套管，即光纤能在其中松动，管内空间填充油膏，以防水分渗入。目前二十三页\总数一百零一页\编于十七点

按照ITU—T建议分类为了使光纤具有统一的国际标准，国际电信联盟—电信小组（ITU—T）制订了统一的光纤标准（G标准）。按照ITU—T关于光纤的建议，可以将光纤分为G.651光纤（又称为渐变型多模光纤）、G.652光纤（又称为常规单模光纤或1．31μm性能最佳单模光纤）、G.653光纤（又称为色散位移光纤—DSF）、G.654光纤（又称为1550nm性能最佳单模光纤）、G.655光纤（又称为非零色散位移光纤，主要包括非零色散位移光纤NZDSF和大有效面积光纤LEAF）等。目前二十四页\总数一百零一页\编于十七点

渐变型多模光纤（G.651光纤MMF）渐变型多模光纤的工作波长有两种:0.85μm和1.31μm在这两种工作波长上，光纤均处于多模工作状态。塑料光纤（POF）是渐变型多模光纤的一种，在国际电工委员会(IEC)中定为A4光纤，可用于光纤到办公桌(FTTD)，采用全氟化聚合物CYTOP制造的GI光纤，其衰减可达1.5～2.5dB/100m，传输速率可达3Gbit/s，带宽大于200MHz.km，可用于短距离光通信和室内传输线(含家庭和办公自动化）当中，预计在解决全光纤化通信最后“一公里”的进程中，可能就是这类GI-POF光纤的主要用途,预计POF将是一个有增长潜力的领域。目前二十五页\总数一百零一页\编于十七点

常规单模光纤（G.652光纤SMF

）常规单模光纤也称为非色散位移光纤，于1983年开始商用。其零色散波长在1310nm处，在波长为1550nm处衰减最小，但有较大的正色散，其色散系数约为18ps/（nm.km）。工作波长既可选用1310nm，又可选用1550nm。这种光纤是使用最为广泛的光纤，它在世界各地敷设数量已高达7000万千米之多，我国已敷设的光缆绝大多数采用这类光纤。利用G.652光纤进行速率为10Gbit/s以上的信号长途传输时，必须引入色散补偿光纤进行色散补偿，并需引入更多的掺饵光纤放大器来补偿由于引入色散补偿光纤所产生的损耗。

1998年美国朗讯（现在OFS）公司推出了G.652C/D新型单模光纤即无水峰光纤（ZWPF），采用一种新的生产制造技术，尽可能地消除OH离子1383nm附近处的“水吸收峰”，使光纤损耗完全由玻璃的本征损耗决定，在1280～1625nm的全部波长范围内都可以用于光通信，而结构上和普通G.652单模光纤无异，是目前最先进的城域网用非色散位移光纤。目前二十六页\总数一百零一页\编于十七点

色散位移光纤（G.653光纤DSF

）

G.653光纤又称为色散位移光纤，于1985年商用。色散位移光纤通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，来加大波导色散，从而将最小零色散点从1310nm位移到1550nm，实现1550nm处最低衰减和零色散一致，并且在掺饵光纤放大器工作波长区域内。这种光纤非常适合于长距离、单信道、高速光纤通信系统，如可在这种光纤上直接开通20Gbit/s系统，而不需要采取任何色散补偿措施。但是，这种光纤在通道进行波分复用信号传输时，在1550nm附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用，正是这个原因，色散位移光纤正在被非零色散位移光纤所取代。目前二十七页\总数一百零一页\编于十七点1550nm性能最佳单模光纤（G.654光纤NZ-DSF

）

1550nm性能最佳单模光纤在1550nm波长工作窗口具有极小衰减（0.18dB/km）。与G.652光纤比较，达种光纤的优点是在1550nm工作波长处衰减系数极小，其弯曲性能好。另外，该光纤的最大特点是工作波长为1310nm的系统将处于多模工作状态。这种光纤主要应用在传输距离很长，且不能插入有源器件的无中继海底光纤通信系统中。这种光纤的缺点是制造困难，价格昂贵，主要用于长距离传输的海缆。目前二十八页\总数一百零一页\编于十七点

非零色散位移单模光纤（G.655光纤）

G.655光纤常称非零色散位移光纤，是在1994年专门为新一代光放大密集波分复用传输系统设计和制造的新型光纤，属于色散位移光纤，在1550nm处色散不是零值，（按规定，在波长1530～1565nm范围内对应的色散值为0.1～6.0ps/(nm.km）用以平衡四波混频等非线性效应。由于这种光纤利用较低的色散抑制了四波混频等非线性效应，使其能用于高速率（10Gbit/s以上）、大容量、密集波分复用的长距离光纤通信系统中。

G.655类光纤可进一步分为G.655A和G.655B两个子类。G.655A光纤主要适用于规定的带光放大器的单通道SDH系统和通道速率为STM-64、通道间隔不小200GHz的G.692带光放大器的波分复用传输系统。G.655B光纤主要适用于通道间隔不大于100GHz的G.692密集波分复用传输系统。G.655A光纤只能使用在C波段,G.655B光纤可以使用在C波段，也可以使用在L波段G.655A光纤和G.655B光纤的另一个主要差别是在C波段的色散值不同，G.655A光纤的色散值为0.1～6.0ps/(nm.km)，G．655B光纤的色散值为1.0～10.0ps/(nm.km)。目前二十九页\总数一百零一页\编于十七点G.655光纤的商用光纤有真波光纤和低色散斜率光纤。其中真波光纤的优点是，消除了常规光纤在1385μm附近由于OH-根离子吸收造成的损耗峰，使光纤在1310～1600nm的损耗都趋于平坦；低色散斜率光纤的优点是色散斜率小，仅为0.045ps/nm2.km，大大低于普通的色散斜率，因而可以用一个色散补偿模块补偿整个频带内的色散；大有效面积光纤大大增加了光纤的模场直径,光纤有效面积从55µm2增加到72µm2，在相同的入纤光功率时，减小了光纤的非线性效应。最新的针对G655的研究是要找到低的色散斜率和大的有效面积的光纤，满足长途大容量的宽带传输。目前的发展方向开发中等非零色散光纤，提高非零色散绝对值到6-10ps/(nm.km)，包括中等色散与低色散斜率的结合；中等色散和大有效面积的结合。具体的办法是降低水峰，缩短截止波长，缩短零色散波长。2003年1月，ITU-T提出了G.656新型光纤的规范。目前三十页\总数一百零一页\编于十七点

G655C新型非零色散单模光纤和G655A/B光纤的主要区别在于：（1）G655B和G655C在C波段的色散值范围由G655A的0.1～6.0ps/(nm.km)上升到1.0～10.0ps/(nm.km)；（2）G655B和G655C增加了在1625nm最大衰减值的要求，最大为0.4dB/km；（3）G655C和G655A/B相比，PMD从0.5ps降低到0.2ps。目前三十一页\总数一百零一页\编于十七点

宽带用非零色散单模光纤（G.656光纤）2004年4月ITU-T通过了G.656光纤建议。

G.656光纤的应用范围：在1460nm--1625nm波长范围内，其色散为一个大于零的数值。该色散减小了链路中非线性效应，这些非线性效应对DWDM（密集波分复用）系统非常有害。该光纤在比G.655光纤更宽的波长范围内，利用非零色散减小四波混频（FWM）,交叉相位调制(XPM)效应。在1460nm--1625nm波长范围内，该光纤可以用于CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）系统的传输。目前三十二页\总数一百零一页\编于十七点

光纤传输原理光纤是怎样把光波传向远方的呢？为了说明这个问题，我们首先讨论光波在均匀折射率纤芯中的传播。当光波射入光纤的纤芯时，一般都会出现两种情况，一种是光线在过轴心的平面内传播，这种光线称为子午光线，另一种是不交轴光线，即在光纤中传播不通过轴心的偏射光线。如果从光纤端面来观察，其光线的进行轨迹是一组构成多边形的折线。为了简化分析，我们将分别讨论子偏射光线午光线传播的过程。目前三十三页\总数一百零一页\编于十七点子午光线和偏射光线偏射光线是空间曲线。子午光线是平面曲线;目前三十四页\总数一百零一页\编于十七点

偏射光线在光纤中的传播偏射光线是空间曲线，偏射光线的传播过程不在单一平面内，要追踪偏射光线则更为困难。

多边形的折线(偏射线)多边形的折线目前三十五页\总数一百零一页\编于十七点

阶跃型光纤的纤折射率分布是均匀的，它是靠全反射原理将光射线集中在纤芯中沿光纤长度方向传输。光射线在纤芯中的运行轨迹是一条和轴线相交的锯齿线。

光导纤维就是利用光的全反射来进行传输光信号（子午光线是平面曲线）目前三十六页\总数一百零一页\编于十七点

如图所示是光纤的纵剖面图。由图可见，当进入光纤的光线射入纤芯和包层界面的入射角为θ时，则在入射点O的光线可能分为两束，一束为折射光，另一束为反射光，它们应服从光线的折射和反射定律：入射角等反射角。即∠θ=∠θ″n1sinθ=n2sinθ´

折射光将在靠近纤芯－-包层界面的包层中传播。反射光将回到纤芯中，又射向纤芯的另一边的纤芯包层界面，然后重复O点的情况，使光向前传播。因为包层的耗损比纤芯大，进入包层的光将很快衰减掉。在这种情况下，光纤中传播的光波也就会很快地衰减而不能远距离传播。θθ″θ´On1n2n2目前三十七页\总数一百零一页\编于十七点

从式可知，因为n1＞n2，则θ´和θ的关系是θ´＞θ，如果逐渐增大光线对纤芯—包层界面的入射角，当θ到达某一定大小时，就会出现图（a）所示的情况，折射角θ＇＝л/2，折射光线不再进入包层，而是沿纤芯—包层界面向前传播，我们把此种情况下的入射角称为全反射临界角，并用θc表示。如果继续增大光线的入射角，就会出现如图（b）所示的情况，光将全部反射回纤芯中。根据反射定律，反射回纤芯中的光线，向另一侧纤芯—包层界面入射时，入射角保持不变，这种光线可以在纤芯中不断发生反射不产生折射。我们把入射光全部返回到纤芯中的反射现象称为“全反射”或“全内反射”。当折射角θ´＝л/2时，临界角θc的正弦可以表示为：

sinθc＝n2/n1ｎ2ｎ2ｎ2ｎ2ｎ1ｎ1θcθ´θθ″目前三十八页\总数一百零一页\编于十七点

由上式可见，θc的大小由光纤的包层和纤芯材料的折射率之比来决定。实际使用的光纤不可能每根光纤的纤芯和包层的折射率都保持同样的大小，因而每根光纤发生全反射的临界角也是不一相同的。综上所述，为了使光能在光纤中远距离传输，一定要造成光在光纤中反复发生全反射的条件。

实现全反射的条件是：⑴.光纤纤芯的折射率ｎ1一定要大于光纤包层的折射率ｎ2。⑵.进入光纤的光线向纤芯—包层界面入射时，入射角应大于临界角θc。目前三十九页\总数一百零一页\编于十七点光纤的主要特性

通信用光纤的特性很多，其主要特性简单概括有：传输特性、光学特性、机械特性、温度特性、几何特性。这里从工程角度简单介绍一些必须了解的主要特性。光纤的传输特性光纤的传输特性与中继距离和通信容量有关，主要包括光纤的衰减特性、多模光纤的带宽和单模光纤的色散特性等。

光信号经过一定距离的光纤传输后要产生衰减和畸变:☆幅度减小;☆波形展宽;

产生信号衰减和畸变的主要原因是光纤中存在损耗和色散,限制了系统的传输距离和传输容量.目前四十页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的衰减特性

光信号在光纤内传播，随着距离的增大，能量会越来越弱，其中一部分能量在光纤内部被吸收，一部分可能突破光纤纤芯的束缚，辐射到了光纤外部，这叫做光纤的传输损耗（或传输衰减）。z=0z=L衰减目前四十一页\总数一百零一页\编于十七点

损耗系数是光纤的一个很重要的传输参量，是光纤传输系统中限制光信号中继传输距离的重要因素之一。光纤损耗的大小与波长有密切的关系。损耗与波长的关系曲线叫做光纤的损耗谱（或衰减谱），在谱线上损耗值比较高的地方，叫做光纤的吸收峰，较低的损耗所对应的波长，叫做光纤的工作波长（或工作窗口）。石英光纤的衰减谱如图所示，根据衰减谱图可知，光纤通信上常用的工作窗口主要有三个波长，即：λ1=0.850μm（850nm）、λ2=1.310μm（1310nm），λ3=1.550μm（1550nm）。光纤损耗特性产生的原因有很多，主要有吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。其中吸收损耗与光纤本身的材料组分有关，散射与光纤的结构缺陷，非线形效应等有关；吸收损耗和散射损耗都属于光纤的本征损耗。辐射损耗则与光纤的几何形状波动有关系。目前四十二页\总数一百零一页\编于十七点光纤衰减谱图目前四十三页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单位一般用dB/km。衰减系数是光纤最重要的特性参数之一，因此在很大程度上它决定了光纤通信的传输距离。在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在1310nm和1550nm附近，也就是我们通常说的1310nm窗口和1550nm窗口，1550nm窗口又可以分为C-band（1525nm～1562nm）和L-band（1565nm～1610nm）。目前四十四页\总数一百零一页\编于十七点吸收衰减散射衰减辐射损耗---光纤弯曲衰减和接头衰减材料固有吸收杂质吸收瑞利散射光纤结构不完善散射紫外吸收红外吸收氢氧根吸收过渡金属离子吸收光纤衰减衰减的来源目前四十五页\总数一百零一页\编于十七点

下面就介绍以下产生各种损耗的原因。

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。另外本征损耗还包括瑞利散射损耗等因素①紫外吸收损耗对于石英系光纤，当波长处于紫外区域时，石英材料对光能量产生强烈的吸收，一直将吸收峰拖到0.8μm～1.6μm的通信波段内。在组成光纤的原子中，一部分处于低能级的电子会吸收光能量而跃迁到高能级状态，从而造成了信号能量的损失。②红外吸收损耗在红外波段内，石英材料的Si-O键因为振动而吸收能量，造成光纤的分子键震动损耗。这种损耗值在9μm附近，变非常大，达到10dB/km，构成了光纤通信波长的上限。红外吸收峰也拖到了通信波段内，不过比紫外吸收损耗的影响要小，可以忽略不计。目前四十六页\总数一百零一页\编于十七点

③杂质吸收损耗是由光纤材料的不纯造成的。主要有OH-离子吸收损耗，金属离子吸收损耗等。在石英材料系的光纤中，O-H键的基本谐振波长为2.73μm，与Si-O键的谐振波长互相影响，形成了一系列的吸收峰，其中影响比较大的波长主要有1.39μm、1.24μm和0.95μm等。正是这些吸收峰之间的低损耗区域形成了光纤通信的三个低损耗窗口。金属离子吸收损耗是由于某些金属离子的电子结构而产生边带吸收峰。随着光纤制造工艺的改进，这些金属离子的含量已经降到其吸收损耗可以忽略不计的水平(见图)。目前四十七页\总数一百零一页\编于十七点吸收衰耗

纯净玻璃=SiO2

不纯玻璃

不完整的分子结构,掺杂有杂质,有氢氧根、重金属结合等.SiSiOSiSiOOOHSiSiOOOSiSiOSiCuOO目前四十八页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的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。

瑞利散射损耗任何材料的内部组成结构都不可能是完全均匀的。由于光纤材料的内部组成不均匀，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。在光纤的制造过程中，光纤材料在加热时，材料的分子结构受到热骚动，致使材料的密度出现起伏，进而造成了折射率不均匀。光在不均匀的媒质中传播时，将由于上述因素产生散射。如果材料结构的不均匀级别达到了分子级别的大小，这种由于媒质材料不均匀而产生的散射就称为瑞利散射。瑞利散射损耗与光波长的四次方成反比，瑞利散射对短波长比较敏感，随着波长的变短，散射系数将很快增大。研究表明在1.3μm附近，这项损耗可达0.3dB/km,构成了光纤通信系统工作时，光纤本征损耗中最重要的损耗之一。目前四十九页\总数一百零一页\编于十七点瑞利散射衰耗目前五十页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的辐射损耗光纤在使用过程中，不可避免的会产生弯曲，若弯曲部分的曲率半径小到一定程度时，就会产生辐射损耗。原因是，当光线进入到弯曲部分时，原来的入射光线在弯曲部位入射角增大，可能会破坏光纤的纤芯与包层界面处的全反射条件，造成传输光线的折射或者泄露，形成损耗。这里光纤的弯曲主要有两种情况，一种是光纤的弯曲半径远远超出光纤的直径，可以叫做宏弯；另一种情况是光纤在制作成光缆的过程中或者在使用的过程中，沿轴向产生的微观弯曲，可以叫做微弯。定量的分析宏弯或者微弯产生的损耗是十分困难的，一般可以认为光纤弯曲的时候，曲率半径R越小，损耗越大。目前五十一页\总数一百零一页\编于十七点光纤的辐射损耗目前五十二页\总数一百零一页\编于十七点光纤衰耗a)吸收点b)散射点c)微弯点(外部微弯)d)微弯点(内部微弯)a)b)d)c)目前五十三页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的色散（带宽）

色散是光纤的一个重要的传输特性，指的是光信号沿着光纤传输过程中，由于不同成分光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。由于光源发出的光不是单色光，不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，(如图所示)，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输码速要降低，距离也要缩短。目前五十四页\总数一百零一页\编于十七点光纤的色散光纤中的脉冲展宽目前五十五页\总数一百零一页\编于十七点材料色散

含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。光纤中的脉冲展宽

目前五十六页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的色散可分为：模式色散又称模间色散光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。材料色散含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。波导色散又称结构色散它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。目前五十七页\总数一百零一页\编于十七点

偏振模色散（PMD）单模光纤只能传输一种基模光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。PCVD工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD）。可以说色散是脉冲展宽在时域的反映，带宽是模拟信号传输在频域上的反映。我们常用一个称为色散系数D来描述光纤的色散指标。它是这样定义的：1nm波长范围（指光源的谱宽小于1nm）的光通过1KM光纤所出现的时延差异，单位为ps/nm.km,，D越小，则光纤带宽越大，单模关纤带宽与色散系数D的关系为：Bf="132.5/(D.L)GHZ。式中L为光纤长度（KM）。例如，1.30um波长的光源，其谱宽小于1nm，其D值是小于3.5ps/nm.km。则1KM单模光纤的频宽为Bf>37.86GHZ,

10KM单模光纤的频带则为3.78GHZ，可见在光纤网络中，传输的距离越长，色散就越严重。目前五十八页\总数一百零一页\编于十七点偏振模散t进进tt出sft出（a）s---慢偏振；f----快偏振（b）图偏振模散(a)X、Ｙ偏振；(b)入射光脉冲经过双折射晶体Y偏振X偏振理想光纤实际光纤快轴慢轴PMD=时间延迟目前五十九页\总数一百零一页\编于十七点光学特性

光纤的光学特性是决定光纤传输性能的一个重要因素，主要包括折射率分布、最大理论数值孔径、模场直径及截止波长等。ba0abba0abn(r)n(r)n1n1n2n2阶跃型光纤渐变型光纤目前六十页\总数一百零一页\编于十七点2b2b2b2c2a2a2a

nnnn1n1n1n2n2n2n3

0abr0abr0acbr

（a）阶跃光纤（b）渐变光纤（c）W型光纤

1.折射率分布多模光纤的折射分布，决定光纤带宽和连接损耗。单模光纤的折射率分布，决定工作波长的选择。目前六十一页\总数一百零一页\编于十七点2.最大理论数值孔径光纤的数值孔径（NA）对光源耦合效率、光纤损耗对微弯的敏感性和带宽有着密切的关系，数值孔径大，容易耦合，微弯敏感小，带宽较窄。理论数值孔径物理意义

——表示光纤的集光能力。即凡是入射到圆锥角以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面发生全反射，将光线束缚在纤芯内沿轴向传播。目前六十二页\总数一百零一页\编于十七点3.模场直径模场直径的定义，可以根据功率传输函数来表示，即在功率传输函数与横向径位的关系曲线上两个1/e点之间的宽度就是模场直径。目前六十三页\总数一百零一页\编于十七点

单模光纤中基模（LP01模或HE11模）场强在光纤的横截面内有一特定的分布，该分布与光纤的结构有关。光功率被约束在光纤横截面的一定范围内。也就是说，单模光纤传输的光能不是完全集中在纤芯内，而是有相当部分在包层中传播。所以不用纤芯直径来作为衡量单模光纤中功率分布的参数，而用所谓的模场直径作为描述单模光纤传输光能集中程度的参数。多模光纤强调纤芯的直径标准和一致性，而单模光纤却不规定纤芯直径，而由模场直径代替纤芯直径。其理由是，因在不同折射率分布情况下芯径相同的光其模场分布是不相同的，光纤传输性能取决于模场分布。目前六十四页\总数一百零一页\编于十七点

因此，模场直径是光纤的一个非常重要的参数，对施工来说，其一致性对连接损耗影响较大，模场直径失配，偏差大时不仅增大连接损耗，而且由于失配在OTDR上反映出两个方向的测值偏差大，造成连接损耗监测工作的困难。ITU规定模场直径为（9--10）±1μm。

4.截止波长截止波长指的是，单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤就只能传播一种模式（基模）的光，而在该波长之下，光纤可传播多种模式（包括高阶模）的光。因此，截止波长是单模光纤保证单模传输的条件，所以截止波长的定义是大于此波长时二阶LP模（LP模的名称来自英文LinearlyPolarizedMode，即线性偏振模）不再传播。截止波长同其它参数的不同点是不恒定，而是随长度不同而改变。要求单模光纤的截止波长一定要小于光通信系统的工作波长。目前六十五页\总数一百零一页\编于十七点

截止波长为单模光纤所特有的结构参数，它给出了保证单模光纤传输的光波长范围。所谓截止波长，是指高阶模（Linearlypolarized（LP）mode线偏振模，下标11为波形编号，表示沿半圆周数得的光斑个数为1和沿半径数得的光斑个数也为1。）的截止波长。单模光纤传输系统工作波长必须大于截止波长的，否则，光纤将工作在双模区，产生模式噪音和模式色散，从而导致传输性能恶化和带宽下降。工作波长不宜偏离截止波长太远，以免有更多的光功率分布杂包层中，影响传输性能。截止波长对于光纤制造厂商、光缆用户设计以及使用光纤的传输系统均有很大意义。由于实际的截止波长与光纤长度和所处状态有关，1997颁布的ITU--G652文件从三个方面提出另外单模光纤的截止波长的定义：①理论截止波长：

式中，Vc为归一化截止频率，理想阶跃光纤（即当时）=2.4048，平方律光纤（即当时）=3.518；n1为纤芯折射率；a为纤芯半径；△为相对折射率差。目前六十六页\总数一百零一页\编于十七点

截止波长是单模光纤的基本参量，也是单模光纤最基本的参数。理论截止波长是光纤的固有参数，与光纤长度和光信号状态无关，是理想平直的一次涂覆后的光纤的截止波长。也可以认为是光纤长度为0时候的截止波长，此截止波长没有实际意义。②成缆光纤截止波长，通常可用以下公式来估算：成缆光纤的截止频率反映了在典型敷设条件下光缆中光纤的截止波长，原ITU-T规定22m的光缆在进行相应弯曲后。测得的模的截止波长。显然，这样可使单模光纤工作在（归一化频率）小于的区域使的更多的光功率集中在纤芯内，光场的约束性更佳，从而改善单模光纤的抗微弯性能，使得1550nm波长的微弯损耗减少。目前六十七页\总数一百零一页\编于十七点③跳线光纤的截止波长。一根两端都带有光纤活动连接器插头的单芯或多芯光缆成为跳线。一般的跳线长度有2m、5m、10m、20m之分，其截止波长应超过2m。对于跳线光纤截止波长的测量，ITU-T规定其基准法为传输功率法，根据光纤中传输光功率随波长变化的关系来确定截止波长；替代法为模场替代法，利用模场直径法随模场变化的曲线来确定截止波长。④有效截止波长。是指经过一个制造长度或一个中继段的光纤成缆后，模的截止波长。截止波长和工作波长的关系：判断一根光纤是不是单模传输，只要比较一下它的工作波长λ与截止波长λc的大小就可以了。如果λ＞λc

，则为单模光纤，该光纤只能传输基模；如果λ＜λc

，就不是单模光纤，光纤中除了基模外，还能传输其它高阶模。目前工程上有四种截止波长：理论截止波长λc1；2米长光纤截止波长λc2；光缆制造长度的截止波长λc3；一个中继段的截止波长λc4。一般是λc1＞λc2

＞λc3

＞λc4。目前六十八页\总数一百零一页\编于十七点⑸在讨论光纤的传输频带时，首先要理解传播模的含义时非常重要的。所谓模，实质上是电子场的场形，它是电磁场在波导内反射干涉的结果。在讨论光纤的数值孔径时，我们从几何光学的观点分析了光在光纤中的不同传播情况。关于光纤模式的概念，也能从几何光学的观点比较直观的得到有关的基本概念。简单的说，在光纤的数值孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯——包层界面上形成全内反射的传播光线，就可称为一个光的传输模式。当光纤的芯径较大时，则在光纤的数值孔径角内，可允许光波以多个特定的角度射入光纤端面，并在光纤中传播，此时，我们称光纤中有多个模式。我们把这种能传输多个模式的光纤称为多模光纤；当光纤的芯径很小时，光纤只允许与光纤轴一致的光线通过，即只允许一个基模，我们称这种只允许传输一个基模的光纤为单模光纤。目前六十九页\总数一百零一页\编于十七点

如下图高次模基模低次模芯包层所示，以不同入射角射入在光纤端面上的光线，在光纤中形成不同的传播模式。从光纤理论的分析，我们可以得到以下几个有关的结论：高阶模在阶跃型多模光纤中，高阶模的反射次数多于低阶模。目前七十页\总数一百零一页\编于十七点1.并不是任何形式的光波都能在光纤中传输的，每种光纤都只允许某些特定形式的光波通过，而其他形式的光波在光纤中无法存在。每一种允许在光纤中传输特定形式的光波称为光纤的一个模式。

2.在同一光纤中传输的不同模式的光，其传播方向、传输速度和传输途径不同，受到光纤的衰减也不同。观察与光纤垂直的横截面就会看到不同模式的光波在横截面上的场强分布图形也不同，有的是一个亮斑，有的分裂为几瓣。

3.进入光纤的光，在光纤的纤芯——包层界面上入射角大于临界角时，在交界面内发生全反射，而入射角小于临界角的光就有一部分进入包层被很快衰减掉。前者的传输损耗小，能远距离传输，称为传导模。

4.能满足全反射条件的光线也只有某些以特定的角度射入光纤端面的部分才能在光纤中传输，因此，不同模式的光的传输方向不是连续改变的。当通过同样一段光纤时，以不同角度在光纤中传输的光所走的路径也不同，沿光纤轴前进的光走的途径最短，而与轴线交角大的光所走途径长。目前七十一页\总数一百零一页\编于十七点机械特性

光纤的机械特性是非常重要的。由于石英光纤机械性能比金属导线差。因此，从光纤开发到大量应用，人们花费了大量精力、物力、进行攻关。目前，光纤的研究、制造以及成缆、施工等部门，都在进一步研究如何提高光纤的扩张强度和使用寿命。光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等。

1.光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。影响光纤抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺，具体如下：（1）预制棒的质量；（2）拉丝炉的加温质量和环境污染；（3）涂覆技术对质量的影响；（4）机械损伤。目前七十二页\总数一百零一页\编于十七点2.光纤断裂分析存在气泡、杂物的光纤，会在一定张力下断裂，如图所示。但多数是由于光纤表面有一定的损伤程度，当光纤受到一定的张力时，应力首先集中于有微裂纹的地方（最薄弱点），如果超过该部位容许应力时，则立即断裂。光纤的断裂强度与光纤裂纹的深度有关。如果光纤受到固定的拉伸张力，则应力更集中于裂纹最深处，并使裂纹扩大，直至断裂。

光纤断裂和应力关系示意图

目前七十三页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的寿命

光纤的寿命，我们习惯称使用寿命，当光纤损耗增大到以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。光纤、光缆制造以及工程建设中，一般是按20年的使用寿命设计的，但光纤寿命因受使用环境（如温度、潮气以及静态、动态疲劳）的影响，而不完全一致。据目前人们推测，用20年设计寿命的光纤，实际可能使用30年到40年。由于光纤的脆性，使表面不同程度存在微裂纹，这些裂纹便决定了光纤奉命。当长期应力作用于裂纹处，使伤痕达到断裂应力时，光纤即断裂，因此光纤的断裂寿命由达到断裂时的时间确定。了解光纤的机械特性，对施工来说十分重要。一方面施工中应注意张力。避免造成光纤断裂。另一方面光缆安装应注意光纤接头盒中光纤余长处理和光缆余留处的弯曲半径及可能产生光纤残余应力的各种状态。同时应注意安装环境，高、低温影响和水、潮气浸入，以减少光纤断裂因素，使之延长使用寿命。目前七十四页\总数一百零一页\编于十七点温度特性

光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。低温条件下光纤损耗增大，这是由于光纤涂覆层、套塑层同石英的膨胀系数不同，因而在低温下光纤受到轴向压缩力而产生微弯，导致损耗增大。右图是光纤低温特性曲线，当随着温度的不断降低，光纤损耗就不断增大，当降至-55℃左右时，损耗急剧增加，显然这样的系统是无法正常运行的。目前光纤的低温特性已普遍达到较好水平，一般在-20℃时，损耗增加在0.1dB/km以下，优质光纤在0.05dB/km以下。目前七十五页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的低温性能十分重要，对于架空光缆及北方地区线路，如低温特性不良，将会严重影响通信质量。施工中如遇到几种温度指标的光缆，应根据敷设方式、使用地段进行配盘。光缆施工的接续，一般应在不低于-5℃条件下进行。若必须在低温条件下进行接续，应在工程车或帐篷内操作，并采用必要的取暖措施。目前七十六页\总数一百零一页\编于十七点

几何特性

光纤的几何特性与施工工作紧密的联系，为了使光缆线路实现光纤的低损耗连接，制造商对光纤的几何特性进行了严格的控制和筛选。光通信刚发展的头几年，施工部门在施工时须对光纤进行配纤即将几何参数偏差较小的光纤相接。

对于多模光纤，熔接时是靠光纤（裸纤）的外径对准来实现连接。因此，不仅对芯、包层的尺寸而且对芯/包层同心度，不圆度等提出了严格的要求。对于单模光纤，熔接时是靠纤芯对准来实现连接的，它同样对几何特性要求很严。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。纤芯直径主要是对多模光纤的要求。阶跃型光纤，纤芯、包层界限分明；但梯度型光纤，从包层折射率转变到纤芯的最大折射率逐渐发生的，芯与包层的边界不明显，这给测量带来困难。为了有一个统一的标准，ITU规定了具体的定义，即当纤芯折射率与外边均匀包层的折射率之差达到后者的一定比例的区域叫做纤芯。并规定多模光纤的芯直径为50±3μm。目前七十七页\总数一百零一页\编于十七点

光纤的外径是指裸纤的直径。无论多模光纤、单模光纤，外径必须保证合格的尺寸才能保证连接质量。ITU规定通信光纤的外径，多模、单模光纤均要求为125±3μm。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125±3μm。目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.0±3μm提高到125.0±1μm。

纤芯/包层同心度和不圆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≤0.8μm的规格提高到≤0.5μm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＜1.0μm），芯径不圆度≤6%，包层不圆度（包括单模）＜2%。

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)目前七十八页\总数一百零一页\编于十七点非线性效应和偏振模色散

常规光纤系统中，光功率不大，光纤呈现线性传输特性。而超高速系统广泛采用的光放大器提高了入纤光功率，使光纤中的非线性效应显著起来。在这些高速率密集波分复用（DWDM）系统中，系统性能的主要限制因素是非线性效应和偏振模色散（PMD）。

1.光纤的非线性效应

线性或非线性指的是光在其中传输的介质的性质，而非光本身的性质。在强电场的作用下，任何介质都呈现非线性，光纤也不例外。当传输介质受到光场的作用时，组成介质的原子或分子内的电子相对于原子核发生微小的位移或振功，使介质产生极化，也就是说，光场的存在尤其是强光场的作用使得介质的特性发生了变化。在光纤通信系统中，高输出功率的激光器和超低损耗单模光纤的使用，使得光纤的非线性效应愈来愈显著。这是因为单模光纤中的光场主要束于很细的纤芯内，场强非常高，低损耗又使得高场强可以维持很长距离的缘故。目前七十九页\总数一百零一页\编于十七点

光纤中的非线性效应，一方面可以引起传输信号的附加损耗，信道之间的串话，信号频率的移动等，这是其不利的一面；另一方面又可以利用其开发新型器件，如激光器、放大器、调制器等。新兴的光孤子通信方式就是利用光纤的非线性效应来克服色散的影响，使通信速率极大地提高，传输距离极大地延长。

2.主要的非线性效应光纤中典型的非线性效应有自相位调制效应（SPM)和交叉相位调制效应（XPM）、受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）和四波混频（FWM）等。目前八十页\总数一百零一页\编于十七点

偏振模色散产生的原因在单模光纤传输系统中，光波的基模含有两个相互垂直的偏振态。理想光纤的几何尺寸是均匀的，且没有应力，因而光波在这两个相互垂直的偏振态以完全相同的速度传播，在光纤的另一端没有任何延迟。然而，在实际的光纤中，两个相互垂直的偏振模以不同的速度传播，因而到达光纤另一端的时间也不同。这两个相互垂直的偏振模在单位长度中的时间差，即是偏振模色散（PMD）,其单位为。偏振模色散对系统性能的影响是：引起脉冲展宽，增加了码间干扰，从而限制了传输速率。偏振模色散不是一种稳态现象，随周围温度和压力条件而变化。引起偏振模色散的因素可以是内在的，如在制造过程所产生的纤芯或包层的不对称性和玻璃表面的应力；也可以是外在的，如外部应力、弯曲和扭曲等因素。这此因素和距离结合在一起引起双折射和模藕合，从而产生偏振模色散。双折射是指玻璃的折射率是沿轴向变化的。由于两个偏振模的传播速度不同，因而引起接收信号的延迟。模耦合是指在两个偏振模之间的能量传递而引起的脉冲扩展和延迟。目前八十一页\总数一百零一页\编于十七点

偏振模色散的影响当数据传输速率较低和距离相对较短时，偏振模色散对单模光纤系统的影响微不足道。随着对带宽需求的增长，特别是在10Gbit/s及更高速率的系统中，偏振模色散开始成为限制系统性能的因素，因为它会引起过大的脉冲展宽或造成过低的信噪比。例如，对10Gbit/s信号，信号周期为100ps，允许光缆偏振模色散的平均值为10ps。ITU-T所建议的0.5,对一般10Gb/s信号的传输距离不会有明显的影响。但过去已敷设的光缆，这一指标可能高达1.64，此时传输距离仅为37km，使10Gbit/s信号的长距离传输成问题，有的甚至开通2.5Gb/s系统都困难。由此推知，高于10Gbit/s（如40Gb/s）速率时，偏振模色散的影响将成为至关重要的考虑因素，需要慎重对待。目前八十二页\总数一百零一页\编于十七点

光缆的结构

光缆是以一根光纤、多根光纤束或光纤带加上外护套制成符合光学、机械和环境特性指标要求的缆结构实体。光缆的结构直接影响系统的传输质量，而且与施工也有较大的关系。施工人员在敷设光缆前，必须了解光缆的结构和性能。不同结构和性能的光缆；工程施工应按所选用光缆的结构、性能，采取正确的操作方法，完成传输线路的建设，并确保光缆的正常使用寿命光缆设计的原则光纤在通信领域内的广泛应用，要求设计制造各种各样结构的光缆。设计光缆，必须规定光缆的结构尺寸和所用材料。设计光缆的一般原则如下：（1）光纤的余长：根据每管光纤芯数和余长要求，设计松套管尺寸。当松套管是用来制作中心束管式光缆时，松套管中光纤余长应在0.25%左右；当松套管是用来制作层绞式光缆时，松套管中光纤余长应在0.02%左右。目前八十三页\总数一百零一页\编于十七点

（2）机械强度：根据对光缆机械强度要求，合理选择光缆中的加强构件、直径以及护层结构、铠装结构等。光缆的抗拉强度主要靠加强构件提供；光缆抗侧压力主要靠护层或铠装层提供。光缆防水防潮，主要靠铝—塑粘结护套或钢—塑粘结护套，以及缆中的阻水油膏和阻水材料提供。（3）使用场合：根据光缆的使用场合，使用不同结构的光缆，满足使用场合的要求。（4）阻水：要注意选用阻水油膏，特别是松套光纤用阻水油膏的温度特性要好，不能有淅油等。（5）光缆结构：合理的光缆结构设计，应使松套管尽量靠近光缆中起支承作用的部件。同时，合理的光缆结构设计，应对光纤起到最佳的机械保护。在光缆结构设计中，在保证光缆所要求的特性下，应尽量使光缆横截面积小，单位长度重量轻，发挥光缆本身所应具有的优点。目前八十四页\总数一百零一页\编于十七点

光缆结构中所用材料及其性能

光缆主要是由光导纤维、高分子材料套塑保护套管、金属－塑料复合带和加强件构成；光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，再包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通道。即:由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆.

光缆结构设计要点是根据系统通信容量、使用环境条件、敷设方式、制造工艺等，通过合理选用各种材料来赋予光纤抵抗外界机械作用力、温度变化、水作用等保护。目前八十五页\总数一百零一页\编于十七点

下图所示的是所用材料种类最多的GYTY53＋333层绞式钢带纵包双层钢丝铠装光缆的横断面。由图可知，层绞式钢带纵包双层钢丝铠装光缆是由光纤、高分子材料、皱纹钢塑复合带、双层钢丝铠装层和金属加强件等共同构成的。通常，除了光纤外，构成光缆的材料可分为三大类：（1）高分子材料：松套管材料、聚乙烯护套料、无卤阻燃护套料、聚乙烯绝缘料、阻水油膏、阻水带、聚酯带。（2）金属－塑料复合带：钢塑复合带、铝塑复合带。（3）中心加强件：磷化钢丝、不锈钢丝、玻璃钢圆棒等。目前八十六页\总数一百零一页\编于十七点

在光纤传输、机械特性优异，光缆结构设计合理，成缆工艺完善的前提下，光缆的机械、温度、阻水等特性主要取决于所选用的各种材料的性能及其匹配的好坏。只有保证了所使用的各种材料的性能和各类材料的综合性能，光缆的机械、温度、阻水、寿命等实用性能才能得到根本保障。GYTY53＋333层绞式钢带纵包双层钢丝铠装光缆横断面图目前八十七页\总数一百零一页\编于十七点

光缆结构光缆的基本结构一般由缆芯、加强构件、填充物和护层等几部分构成，除了这些基本结构之外，根据实际需要，还要有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。（1）缆芯：为了进一步保护裸光纤，增加光纤的强度，一般将裸光纤涂覆一层涂覆层，通常称为涂覆，涂覆后的裸光纤称为光纤芯线。将涂覆光纤芯线后且满足机械强度要求的单根或者多根光纤芯线以不同的形式组合起来，进行套塑，通常称为二套。光纤芯线一般由紧套结构或者松套结构为单位组成单元式结构，将紧套结构或者松套结构为单位组成单元式结构的光纤以一定的节距绞合成了缆芯，并被包围在强度元件之中，以中心的强度元件来承受张力。松结构光缆中光纤具有较大的活动空间。光缆缆芯的基本结构（基本缆芯组件）大体上有层绞式、骨架式和束管式等三种。目前八十八页\总数一百零一页\编于十七点

（2）加强构件：加强构件的作用是增加光缆的抗拉强度，提高光缆的机械性能。光缆中的加强构件一般应该具有以下条件：①高杨式模量；（注：杨氏模量是描述材料抵抗形变能力的物理量，该值越大，材料越不容易变形）。②加强构件的屈服应力大于光缆的给定应力；③单位长度的重量较小；④抗弯曲性能要好，一般光缆的加强构件采用镀锌钢丝、钢丝绳、不锈钢丝或者高强度塑料加强构件等。加强构件一般位于光缆的中心，也有位于护层的，称为护层加强构件。表面经常要包有一层塑料，保证加强构件与光纤接触的表面光滑并具有一定的弹性。（3）护层结构：护层的主要作用是保护缆芯，提高机械性能和防护性能。不同的护层结构适合不同的敷设条件。光缆的护层分为外护层和护套两部分。护套用来防止钢带、加强构件等金属构件损伤光纤，外护层进一步增强光缆的保护作用。（4）填充结构：填充结构用来提高光缆的防潮性能，在光缆缆间空隙中注入填充物，以防止水汽进入光缆。目前八十九页\总数一百零一页\编于十七点光缆的结构

下边介绍国内几种型号的光缆结构情况，了解不同光缆的结构特点。1允许拉力（N）短期1500长期6002允许侧压力（N/10cm）短期1000长期8003敷设方式架空、管道、直埋光缆外径10.2mm光缆重量120kg/kmPE护套PSP带钢丝加强件阻水层松套管光纤用填充物UV光纤中心管式光缆目前九十页\总数一百零一页\编于十七点91层绞式光缆UV光纤光纤油膏松套管扎纱及填充物复合钢带缆芯填充物PE外护套中心加强件光缆型号：GYTA、GYTS适用范围：架空，管道机械抗拉强度短期拉伸力(N):1500长期拉伸力(N):600特性抗压强度短期侧压力(N/100mm):1000长期侧压力(N/100mm):800光缆外径:约11∼12mm光缆重量:约150∼180kg/km目前九十一页\总数一百零一页\编于十七点92层绞式直埋光缆UV光纤光纤油膏松套管扎纱及填充物钢带铠装层缆芯填充物PE内护套中心加强件PE外护套阻水层光缆型号：GYTY53

适用范围：直埋机械抗拉强度短期拉伸力(N):3000长期拉伸力(N):1000特性抗压强度短期侧压力