光纤的分类及光缆的型号

附件3光纤的分类及光缆的型号一光纤的分类1光纤的基本概念光纤是一种由多层透明介质构成的纤维状光波导，实心纤芯的折射率略高于包层，包层的折射率为常数。光纤是传导光波的玻璃纤维。有两种，一种是多模光纤，它允许几百个模式在光纤中传输。多模光纤若以光纤剖面上的折射率分布形状来分，一种叫渐变型，一种叫突变型。另外一种是单模光纤，它只允许一种模式（基模）在光纤中传输。图1中给出了两种多模光纤的折射率分布形状。图中的为纤芯半径，为芯区中的最大折射率，为包层折射率。定义相对折射率差为：包层芯区0Rcrn1n2n(r)a.突变型包层芯区包层芯区0Rcrn1n2n(r)a.突变型包层芯区0Rcrn1n2n(r)b.渐变型图1.两种多模光纤的折射率分布相对折射率差△及折射率剖面分布是光纤设计和制造时的重要参数。普通状况下，多模光纤的△≈1%，单模光纤的△≈0.02～0.5%。2光纤的折射率分布1）基本原理光纤折射率分布描述的是从至包层的折射率随半径的变化，如图2所示。n(r)芯折射率n2包层折射率n1n(r)芯折射率n2包层折射率n1-a+ag=1g=2g→∞图2光纤折射率分布光纤中模的传输依赖于折射率分布的形状。在实际应用中光纤折射率分布曲线也可用半径的折射率分布指数函数来描述：对于芯：<（3）对于包层：常数≥式中：——光纤芯折射率；——芯/包相对折射率差；——离开光纤芯轴的距离；——纤芯半径（μm）；——折射率分布指数；——包层折射率。只有在阶跃分布时，芯折射率为常数[n(r)=]。对于全部其它分布时，折射率都是由包层折射率n2逐步增大至纤芯折射率。归一化频率V值是描述光纤特性的一种重要参数。它与芯半径a、纤芯的数值孔径NA和波长λ或光波数R有关。（4）对于折射率分布指数为g的任意幂指数率的折射率分布，芯中传导的模数量N与V值有关，其关系可近似地表达为：（5）阶跃折射率分布（g→∞）光纤的芯中传导模数量近似为：（6）梯度折射率分布（g=2）光纤的芯中传导模数量近似为：（7）三角折射率分布（g=1）光纤的芯中传导模数量近似为：（8）由以上三式可知，当光纤的V值相似时，梯度折射率分布光纤芯中传导模数量只有阶跃折射率分布光纤的二分之一，三角折射率分布光纤芯中传导模数量只有阶跃折射率分布的三分之一。光纤芯中传导模数量越少，光纤的带宽就越宽。普通，将能同时传输几个模的光纤称为多模光纤。如果要减少模数（即V值），则必须减小芯直径2a或数值孔径NA，或者增大光波长。阶跃折射率分布（g→∞）的光纤，V值比常数Vc∞=2.405更小，仅有一种模，即基模LP01能在纤芯中传输。这种只传输一种模的光纤称为单模光纤。是阶跃折射率分布（g→∞）的光纤的极限值。角注c表达极限的概念，对含有任意折射率分布指数g的幂指数率分布，极限值可近似地表达为：例如对于梯度多模光纤，极限值可近似地表达为：Vc=2.405√2=3.4波长λ>λc的光纤才是单模光纤。2）设计原则光纤的折射率分布与光纤的性能亲密有关，例如，多模光纤的折射率分布对其带宽含有决定性的影响，单模光纤的折射率分布只决定其截止波长、模场直径和色散。因此，要制造出令人满意的光纤，必须根据光纤的类型进行合理的剖面设计。尽管不同类型光纤规定的具体技术指标有异，但是一种优秀的光纤折射率剖面设计都必须遵照下述设计原则：a)高带宽和低色散多模光纤应力求其折射率分别最佳，以达成带宽最高之目的。单模光纤的折射率分布应使其波长含有低色散和小的色散斜率。b)衰减系数小从剖面构造设计、掺杂剂、材料选择、制造工艺技术等设法确保所制得的光纤衰减系数最小。c)剖面结合合理光纤折射率分布合理，剖面构造重复性好，便于生产，且成本低。为满足光纤的折射率分布设计原则的规定，人们根据多个光纤的性能特点设计出诸多实用型光纤的折射率剖面构造，以下节所述。3）剖面类型a)多模光纤（1）阶跃型多模光纤（2）梯度型多模光纤b)单模光纤（1）非色散位移单模光纤（G.652、B1.1）SiO2SiO2+FSiO2SiO2+GeO2SiO2SiO2+GeO2匹配包层型光纤性能稍差。普通采用掺杂Ge来提高纤芯折射率，掺杂过多会因材料色散损耗增加光纤的衰减，因此相对折射率差Δ偏低（≈0.3%），光纤抗弯特性稍差。下凹内包层型光纤性能较好。普通它的内包层采用掺杂F产生下凹折射率Δ-，这样只要在纤芯中掺杂少量的Ge就能获得较大的总相对折射率Δ=Δ++Δ-。高的Δ就能大大改善光纤的抗弯性、损耗。同时这种构造有四个设计自由度（匹配包层仅为两个），那么通过适宜选择Δ+、Δ-和2a（芯直径）、2b（包层直径），能使截止波长、零色散波长、模场直径等最佳化。（2）色散位移单模光纤（G.653、B2）这种光纤折射率剖面构造，以下图所示。采用分段芯和双台阶芯型，不仅成功地实现了在1550nm波优点的低衰减和零色散，并且含有抗弯特性好、连接损耗低等特点。特别是多芯构造的设计自由度多，通过调节各部分的折射率差和几何尺寸，很容易控制波导色散，实现零色散波长的移动。（3）截止波长位移单模光纤（G.654、B1.2）这种光纤折射率剖面构造与常规单模光纤相似，仍是采用的匹配包层型和下凹内包层型，如图所示。它们不同的是选用纯SiO2芯来减少光纤的衰减，靠包层掺杂F使折射率下降而获得所要的折射率差。这种光纤的最大优点是，其在1550nm波优点的最低衰减为0.15dB/km（4）非零色散位移单模光纤（G.655、B4）这种光纤的折射率剖面构造，以下图所示。三角形和双环芯中的第一种环含有可移动零色散波长的作用。这两种剖面构造的外环对实现大有效面积和微弯曲损耗都起着核心作用，其可将光从中心尖峰来增加有效面积，并且通过避免光泄漏到包层而改善微弯性能。两种构造的区别在于，三角芯含有略低的衰减，双环芯则含有稍大的有效面积。三角三角芯双环芯（5）色散赔偿单模光纤这种光纤的折射率剖面构造，以下图所示。由于材料色散变化范畴小，因此色散赔偿光纤的色散特性重要由其波导色散决定。光纤的波导构造由折射率分别及其对应的构造参数决定。色散赔偿光纤的剖面构造设计首先需要解决的是拟定适宜的折射率剖面和最佳的构造参数，使这种光纤含有大的负色散：-50～-150ps/(nm·km)（6）色散平坦单模光纤（B3）这种光纤的折射率剖面构造，以下图所示。为了能够在较宽的波段内得到平坦的小色散特性，人们采用的办法是变化折射率分布。最初色散平坦光纤折射率剖面构造为双包层型。该构造能使光纤二个零色散点分别在1310nm和1550nm处。且光纤在1310nm～1550nm波长范畴内色散呈平坦分布，数值较小。双包层型光纤有内外两个包层，内包层比外包层折射率要小，从而形成了一种折射率下凹的深沟限制了色散的扩展，但缺点是弯曲损耗大。三包层和四包层型是在双包层型基础上发展起来的，它的构造特点是在双包层型的内外包层中加入一凸起的折射率环，其色散特性和抗弯曲能力优于双包层型。但是它们构造复杂、制造困难。3光纤的分类1）光纤的分类多模光纤是根据最佳拟合的折射率分布指数g进行分类的，单模光纤是根据零色散波长和工作波长进行分类的。根据GB/T15972.1(1998)《光纤总规范第1部分：总则》，多模光纤和单模光纤的分类列于表1和表2。惯用的梯度型多模光纤A1类又具体分为4种，见表3。表1多模光纤类型类型材料折射率分布g的限定范畴A1玻璃纤芯/玻璃包层渐变型1≤g＜3A2.1玻璃纤芯/玻璃包层准突变型3≤g＜10A2.2玻璃纤芯/玻璃包层突变型10≤g＜∞A3玻璃纤芯/塑料包层突变型10≤g＜∞A4塑料光纤表2单模光纤类型类型名称标称零色散波长（nm）标称工作波长（nm）IECITU-TB1.1G.652A和G.652B非色散位移单模光纤13101310和1550B1.2G.654截止波长位移单模光纤13101550B1.3G.652C波长段扩展非色散位移光纤1300～13241310、1360～1530、1550B2G.653色散位移单模光纤15501550B3G.6xx色散平坦单模光纤1310和15501310和1550B4G.655非零色散位移单模光纤<1530，>15651530～1565表3四种梯度型多模光纤的性能光纤类型芯/包直径（m）工作波长（m）带宽（MHz）数值孔径衰减系数（dB/km）A1a50/1250.85，1.30200～15000.20～0.240.8～1.5A1b62.5/1250.85，1.30300～10000.26～0.290.8～2.0A1c85/1250.85，1.30100～10000.26～0.302.0A1d100/1250.85，1.30100～5000.26～0.293.0～4.0表1所列多模光纤的普通使用场合以下：A1类多模光纤，用于接入网中室内引入线及大楼通信综合布线的主干子系统和水平子系统；A2类多模光纤的应用距离不不不大于2A3类多模光纤的应用距离不不不大于1A4类多模光纤的应用距离不不不大于100表2所列的单模光纤的普通使用场合以下：B1.1类单模光纤，用于1310nm和1550nm区域的STM-16(2.5Gbit/s)或STM-16的DWDM传输系统，最佳工作波长为1310nm区域；B1.2类单模光纤，即截止波长相对于B1.1类光纤向长波长方向移动，在1550nm区光纤衰减进一步减少，抗弯曲和抗微弯性能进一步改善的单模光纤，用于1550nm区域的STM-16传输系统，最佳工作波长区为1500nm～1600nm，因其1550nm的色散系数绝对值较大，现在已不再使用；B1.3类单模光纤，工作波长扩展到1360nm～1530nm区域，用于1310nm和1550nm区域的STM-16的WDM传输系统，最佳工作波长为1310nm区域；B2类单模光纤，零色散波长在1550nm附近，用于1550nm区域的STM-64(10Gbit/s)传输系统，最佳工作波长区为1550nm～1600nm，因其在DWDM中FWM(四波混频)效应严重，现在极少使用；B4类光纤，又称Truewave（真波光纤）单模光纤，在1550nm区域有一非零的小色散值，用于1550nm区域的STM-64的DWDM传输系统，最佳工作波长区为1500nm～1600nm。在1550nm区有很大负色散系数的色散赔偿单模光纤（DCF），现在国际电联也尚未给出原则建议名称。上述这几个重要单模光纤的重要特点以下表所示。特性纤型G.652G.653G.654G.6xxG.655DCF1310nm处衰减系数(dB/km)≤0.36≤0.45≤0.45≤0.50≤0.501550nm处衰减系数(dB/km)≤0.22≤0.25≤0.20≤0.40≤0.24≤1.001310nm处色散系数(ps/nm.km)～0～-18～0～0～-201550nm处色散系数(ps/nm.km)～+18～0～+18～01≤│D│≤4★-80～-150截止波长λcc(nm)≤1260≤1270≤1530≤1270≤1480≤1260在波长(nm)模场直径(μm)1310～91550～8.31550～10.51310，1550～8，1115508～111550～6★指1540～1565nm范畴，ITU-T正在研究中2）多模光纤的另外讨论早在1999年，当绝大多数人正在热衷于讨论1Gbps以太网的时候，考虑到将来不停增加的网络应用对带宽的渴求，IEEE已经开始着手制订10Gbps以太网的原则（IEEE802.3ae）。随着千兆以太网原则（IEEE802.3ab和IEEE802.3z）正式颁布，万兆以太网原则正式浮出水面，现在，某些重要网络设备厂商如Cisco，Avaya等已经开始提供基于广域单模系统的设备接口，预计在以前，万兆以太网（10GbpsEthernet）的正式原则将全部颁布。众所周知，光缆系统在传输光信号时，离不开光收发器和光纤。光收发器的种类重要有两大类：发光二极管（LED）和激光发光器（Laser）。即使在性能上，激光发光器远远优于发光二极管，但是由于制造成本的问题，使绝大多数局域网顾客始终难以负担激光发光器的高昂价格。直到近来，一种新型发光器件垂直腔表面发光器VCSELs（Verticalcavitysurfaceemittinglasers）的出现，才解决了这个问题。VCSELs吸取了激光发光器件的性能优势如响应速度高，传输光谱窄，和发光二极管的优势如藕合效率高及成本低廉。因此，采用低成本高性能的VCSELs发光器件，配合多模光缆的方式能够传输高达10Gb/s的信号。LEDVCSELDFB/FPLaser成本低适中高用途多模光纤多模光纤单模光纤最高支持应用1Gb/s12.5Gb/s40Gb/s实际原则最高用途622Mb/s10Gb/s40Gb/s但是，另一种问题又出现在顾客面前，即传输距离。使用光缆的顾客除了传输速率外，还对传输距离有规定。实验证明，传统多模光缆，不管是50um还是62.5um，即使能够支持10Gb/s的网络传输，但其支持距离都在100米以内，这对网络主干的应用是根本无法满足的。由于LED发光器件本身的性能局限，在1Gbps以上的高速应用中，发光器件重要采用激光发光器件,而传统多模光纤从原则上和设计上均以LED方式为基础，因此，由于两种发光器件传输方式的不同，必须对光纤本身进行改造，以适应光源的变化。因此，ISO/IEC11801着手制订了新的多模光纤原则等级，即OM3类别，并在9月正式颁布。而Avaya公司的SYSTIMAXSCS构造化布线系统中，已经先于国际原则推出了OM3型多模光纤—LazerSPEED解决方案，针对现在潜在的10Gb/s网络应用。Minimummodalbandwidth(MHz·km)FibretypeOverfilledLaunchLaserBandwidth850nm1300nm850nm1300nmOM1200500OM2500500OM31500500上表为ISO原则中对多模光纤的重新分类，OM1指现在传统62.5um多模光纤，OM2指现在传统50um多模光纤，OM3是新增的万兆光纤。注意光纤带宽指标的两种模式，OverfilledLaunchBandwidth是针对LED发光器件的匹配指标，而LaserBandwidth是针对新型激光发光器件的匹配指标。OM3光缆同时在两种模式下都进行了优化。另外一种需要注意的是传送波长的选择，850nm还是1300nm。即使波长越长，性能会越好，但是发光器件的造价会成倍的增加，因此，顾客如果可能，尽量选择短波长应用系统以减少成本。例如，新型VCSELs发光器件就是以短波长为应用环境，而原则Laser发光器件重要用于长波长环境。4光纤的测试办法4.1多模光纤测试多模渐变折射率光纤测试办法见表4。表4多模渐变折射率光纤测试办法参数测试办法RTMATM几何参数芯径，m折射近场法四圆容差区法近场法包层直径，m同心度误差，m芯不圆度，%包层表面不圆度，%光学特性折射率分布折射近场法近场法数值孔径远场光分布法折射近场法传输特性衰减常数，dB/km剪断法介入损耗法后向散射法模式畸变带宽，MHzkm频域法时域法总色散系数，ps/(nmkm)相移法干涉实验法脉冲延迟法4.2单模光纤测试单模光纤测试办法见表5表5单模光纤测试办法参数测试办法RTMATM几何参数模场直径，m远场扫描法可变孔径法近场域法包层直径，m传输近场法折射近场法侧视法传输近场象法模场同心度误差，m包层不圆度，%光学特性截止波长，nm传输功率法对剖心轴法折射率分布折射近场法传输特性衰减常数，dB/km剪断法后向散射法介入损耗法色散，nm相移法干涉实验法脉冲延迟法二光缆的型号命名1光缆的型号命名根据中华人民共和国通信行业原则YD/T908-《光缆型号命名办法》的规定，光缆的型号有型式和规格两大部分构成，型号构成的格式示于图2，型式的构成示于图3，规格的构成示于图4。图3中，加强构件(Ⅱ)指护套以内或嵌入护套中用于增强光缆抗拉力的构件；构造特性(Ⅲ)指缆芯构造和光缆派生构造的特性，应表达出缆芯的重要类型和光缆的派生构造，当光缆型式有几个构造特性需要注明时可用组合代号表达，其组合代号按表7所列的代号自上而下的次序排列。规格型式规格型式注：型式代号与规格代号之间空一种格。图2型号构成的格式外护层护套构造特性加强构件分类ⅠⅡⅢⅣⅤ图3光缆型式的构成导电芯线的规格导电芯线的规格光纤的规格图4光缆规格的构成ⅠⅡ+光缆型式中Ⅰ～Ⅳ的各代号含义示于表6。表6光缆型式中Ⅰ～Ⅳ各代号的含义部分代号含义分类GY通信用室(野)外光缆GM通信用移动式光缆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通信用特殊光缆加强构件(无符号)金属加强构件F非金属加强构件构造特性D光纤带构造(无符号)光纤松套被覆构造J光纤紧套被覆构造(无符号)层绞构造G骨架槽构造X缆中心管(被覆)构造T油膏填充式构造(无符号)干式阻水构造R充气式构造C自承式构造B扁平形状E椭圆形状Z阻燃护套Y聚乙烯护套V聚氯乙烯护套U聚氨酯护套A铝—聚乙烯粘结护套S钢—聚乙烯粘结护套W夹带平行钢丝的钢—聚乙烯护套L铝护套G钢护套Q铅护套当光缆有外护层时，它可涉及垫层、铠装层和外被层的某些部分或全部，其代号(图3中的Ⅴ)用两组数字表达，垫层无需表达，两组数字的含义示于表7。表7光缆型式中外护层各数字代号的含义第一组(铠装层)第二组(外被层或外套)代号含义代号含义0无铠装层1纤维外被2绕包双钢丝2聚氯乙烯套3单细圆钢丝3聚乙烯套33双细圆钢丝4聚乙烯套加覆尼龙套4单粗圆钢丝5聚乙烯保护管44双粗圆钢丝5皱纹钢带光缆规格由光纤的规格和导电芯线规格构成，两者之间用“+”号隔开。光纤的规格由光纤数和光纤类别构成，导电芯线规格的构成应符合YD/T322-1996《铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套市内通信电缆》中第3.1.6条铜导电芯线规格构成的规定。光纤规格中的光纤数代号用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表达，光纤类别用光纤产品的分类代号表达，如表8所示。表8光纤类别的代号多模光纤单模光纤代号名称代号名称A1a二氧化硅渐变折射率多模光纤B1.1二氧化硅非色散位移单模光纤A1bB1.2二氧化硅截止波长位移单模光纤A1cB1.3A2a～A2c二氧化硅突变折射率多模光纤B2二氧化硅色散位移单模光纤A3a～A3cB3二氧化硅色散平坦型单模光纤A4a～A4c突变折射率塑料光纤B4二氧化硅非零色散位移单模光纤注：1“A1a”可简化为“A1”。2现在惯用的是A1b类多模光纤。3A1a类光纤即G.651光纤。注：1“B1.1”可简化为“B1”。2现在惯用的是B1和B4类单模光纤。3B1.1类光纤即G.652.A、G.652.B光纤；B1.2类光纤即G.654光纤