光纤和光缆通信知识

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纤芯：位于光纤的中心部位（直径约8～50微米）。

成份是高纯度的二氧化硅，并掺有极少量的掺杂剂，如二氧化锗、五氧化二磷等，掺有少量掺杂剂的目的是适当提高纤芯的光折射率。

作用是传导光波，即光信号只能在纤芯中传播。

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包层：位于纤芯的周围（直径约125微米）。

成份也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅，而掺杂剂（如三氧化二硼）的作用则是适当降低包层的光折射率，使之略低于纤芯的折射率。

作用是将光波封闭在纤芯中进行传播。或者说，为光的传播提供反射面和光隔离。

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涂敷层：位于包层之外。

成分一般采用环氧树脂、硅橡胶、丙烯酸酯和尼龙等。在涂敷层外，有时为了增加光纤的机械强度，满足成缆要求，还加有塑料外套。

作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤，同时增加光纤的柔韧性。图2.7（a)贝赛尔函数；（b)修正的贝赛尔函数Jv(u)1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.643210246810uv=1v=0v=2(a)(b)v=112345wkv(w)因此，在纤芯和包层的电场Ez(r,φ,z)和磁场Hz(r,φ,z)表达式为

Ez1(r,φ,z)(0<r≤a)Hz1(r,φ,z)=Ez2(r,φ,z)Hz2(r,φ,z)(0<r≤a)(r≥a)(r≥a)(2.24a)(2.24b)(2.24c)(2.24d)图2.8若干低阶模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线由此得到的混合模HEv+1μ和EHv-1μ(例如HE31和EH11)传输常数β相近，电磁场可以线性叠加。用直角坐标代替圆柱坐标，使电磁场由六个分量简化为四个分量，得到Ey、Hx、Ez、Hz或与之正交的Ex、Hy、Ez、Hz。这些模式称为线性偏振(LinearlyPolarized)模，并记为LPvμ大多数通信光纤的纤芯与包层相对折射率差Δ都很小(例如Δ<0.01)，因此有n1≈n2≈n和β=nk的近似条件。这种光纤称为弱导光纤，对于弱导光纤β满足的本征方程可以简化为（2.30）图2.12三种不同光源的均方根脉冲展宽与折射率分布指数的关系图2.16光纤损耗谱(a)三种实用光纤；(b)优质单模光纤2.5.3光纤标准和应用1.G.651光纤

G.651光纤又称为渐变型多模光纤。其特点是纤芯粗，连接方便，但色散大，传输距离受到一定影响。

目前，G.651光纤仅在部分局域网中使用，属于淘汰对象。2.G.652光纤

G.652光纤称为色散未移位光纤（非色散位移单模光纤），又称为常规单模光纤。在1310nm波长性能最佳，是目前广泛应用的常规单模光纤。

G.652光纤适用于1310nm和1550nm窗口工作。在1310nm波长工作时，理论色散值为零，衰减系数为0.35dB/km左右；在1550nm波长工作时，传输损耗最小，为0.20dB/km左右，但色散系数较大，大约为17~20ps/km.nm。从而限制了其在工作波长为1550nm系统中的传输速率和传输距离。

3.G.653光纤

G.653光纤是零色散波长由G.652光纤的1310nm位移到1550nm制得的光纤，故其称为色散位移单模光纤。同时实现了1550nm窗口的低衰减系数和小色散系数，是目前1550nm波长段性能最佳的单模光纤。

G.653光纤在1550nm波长附近具有零色散点和损耗最低点，使得在单波长、长距离通信中具有很大的优越性。但用于带有掺铒光纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤芯中的光功率密度过大产生了非线性效应，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以上波分复用或密集波分复用系统中的应用。

4.G.654光纤

G.654光纤又称为截止波长移位单模光纤。它的设计重点是如何降低1550nm波长处的衰减，其零色散点仍然位于1310nm波长处，在1550nm波长处其色散值仍然较高。

G.654光纤主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信。5.G.655光纤

G.655光纤又称为非零色散移位单模光纤。其零色散点不在1550nm，而是移至1570nm或1510~1520nm波长附近，从而使1550nm波长处具有一定的色散值。

G.655光纤主要应用于1550nm工作波长区，色散受限距离达数百公里。在波分复用系统中，可以有效地减小四波混频的影响。6.大有效面积光纤大有效面积光纤是为适应更大容量和更长传输距离的光波分复用系统而设计的。零色散点位于1550处，并可承受较大的光功率，在使用掺铒光纤放大器的光波分复用系统中，可以有效地克服非线性效应。2.6.2光缆的结构设计与制造光缆的要求为了保证光纤能在各种敷设条件下和各种环境中长期使用，就必须将光纤和其它构件组合在一起构成光缆。对光缆的基本要求是：

♣为防止光缆断裂，光缆应有优良的机械性能。♣不能因成缆而使光纤的传输特性恶化。♣保证在不同使用环境和条件下光缆性能稳定，如高低温、潮湿等不应影响光缆性能。♣缆径细，重量轻，以保持光纤的优点。♣容易敷设和接续。♣成本低，易生产，维护维修方便。2.光缆的结构光缆由缆芯、加强元件和外护层所组成。2.1缆芯缆芯由光纤芯线组成。可分为单芯或多芯两种。单芯是由单根光纤经二次涂覆处理后组成。多芯是由多根光纤经二次处理后组成。2.2加强元件由于光纤材料较脆，容易断裂，故加一根或多根加强元件（加强心）位于中心或分散在四周，来承受光缆敷设安装时所加的外力。加强元件一般采用钢丝，为了提高张力构件的可绕性，可将钢丝扭绞成缆，然后在周围涂上聚乙烯等，起到缓冲作用。对于无金属光缆或小尺寸的轻型光缆，加强元件可用玻璃纤维增强塑料（FRP）和芳伦纤维等非金属材料制成。对加强材料的要求是机械强度和热稳定性好，重量轻等。2.3外护层

光缆护层的作用是保护缆中的光纤不受外部机械力和环境的损坏，以适应各种敷设条件和环境条件。

对护层要求是机械性能稳定，具有耐化学腐蚀和防潮气渗透作用，尺寸小，重量轻等。

护层可分为内护层和外护层两种。

♣内护层一般采用聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和聚醋酸乙烯酯（EVA）等，聚乙烯护套使用最多，聚氯乙烯护套多用于室内光缆，聚醋酸乙烯酯护套主要用于特别需要阻燃的场合。

♣外护层多数用聚乙烯、聚氯乙烯加铠装层。铠装层一般有钢带铠装、钢丝铠装和无金属加强铠装三种类型，

3.光缆的分类3.1按照使用温度范围分类光缆按使用温度范围可分为A、B、C、D四种：A：-40~+40℃B：-30~+50℃C：-20~+60℃D：-5~+60℃

北方地区多用A、B两种，南方地区多用C、D两种。3.2按照使用场合分类光缆按使用场合可分为长途光缆、海底光缆、用户光缆、局内光缆以及专用光缆等。

长途光缆：是一种低损耗、宽频带、长距离敷设的光缆。

海底光缆：是一种低损耗、耐水压、耐张力的光缆。

用户光缆：是一种高密度、多芯和中低损耗的光缆。

局内光缆是一种重量轻、线径细、柔软性好的光缆。3.3按照缆芯结构分类

按照缆芯结构可分为层绞式光缆、单位式光缆、骨架式光缆和带状光缆等几种。

层绞式光缆：是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构。同电缆十分相似，不同之处在其中心有一根钢质加强芯，用以增强光缆的抗拉强度。适用于芯数在十以内的光缆。

单位式光缆是将几根或几十根光纤芯线集合成一个单元，然后数个单元以强度元件为中心绞合成缆。适用于芯数在十以内的光缆。

骨架式光缆是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内，骨架中心是强度元件，骨架的沟槽可以是V型、U型或凹型。其优点是抗侧压性能好，但制作工艺较复杂。

带状式光缆是将4~12根光纤芯线排列成行，构成带状光纤单元，再将多个带状单元按一定方式排列成缆。具有结构紧凑的优点，适合于上千芯的高密度用户光缆。3.4按照光缆结构分类

按照光缆结构可分为紧套结构和松套结构两种。

紧套结构是指在光纤与套管之间有一个缓冲层，用来减小外力对光纤的作用。缓冲层一般采用硅树脂，二次涂覆用尼龙。其优点是结构简单，使用方便。缺点是抗侧压能力和温度特性较差。

松套结构是将一次涂覆后的光纤放在一个塑料套管中，管中填充油膏，光纤可以在套管中自由活动。其优点是机械性能好，具有较强的抗侧压能力，温度特性和防水性能好，易于成缆。缺点是结构和工艺复杂。4.光缆的型号命名光缆的型号由光缆型式代号和光纤规格代号两部分组成。我国的光缆型号命名及表示方法如图2.13所示。12345abbccⅠⅡⅢⅣⅤ光纤规格代号的构成光缆型式代号的构成模式带宽允许温度护套尺寸参数使用波长衰减常数外护套图2.13光缆型号命名光纤数光纤类别光纤类别分类加强构件派生特征4.1光缆型式代号光缆型式代号由五部分组成，均用代号表示。4.1.1分类及代号

GY：通信用室（野）外光缆；GR：通信用软光缆；GJ：通信用室（局）内光缆；GS：通信设备内光缆；GH：通信用海底光缆；GT：通信用特殊光缆。4.1.2加强构件及代号无符号：金属加强构件；F：非金属加强构件；C：金属重型加强构件；H：非金属重型加强构件。4.1.3派生特征及代号

B：扁平形状；Z：自承式结构；T：填充式结构。4.1.4护套及代号

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。4.1.5外护套及代号外护套用两位数字表示，第一位表示铠装层材料，第二位表示外护层材料，见表2.6。表2.6外护套标记第一位数字标记铠装层材料第二位数字标记外护层材料0无0无1——1纤维套2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套