第二部分光纤和光缆

第二部分光纤和光缆电磁波谱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

光通信技术发展得初期,曾用在大气传输光通信系统上得光源,氦氖激光器得波长就是0、6328μm,属于可见得红光;另一种在大气传输得二氧化碳激光器得波长就是10、6μm,属于不可见得近红外光波。当今用作通信传输得介质--石英光纤得低衰减“窗口”为0、6～1、6μm得波段范围,就坐落在可见得红光波段与不可见得近红外波段上。光波与其它波长得电磁波一样,在真空中得传播速度就是3、00×108m/s。光波在均匀介质中就是直线传播得,在介质中得传播速度v与介质中得光折射率n成反比,即:v=c/n

式中,n为介质得光折射率;c代表光速(3、00×108m/s)。以空气为介质得光折射率接近于1。因此光在空气中得传播速度接近于3、00×108m/s。但就是,石英玻璃得光折射率为1、458,所以光波在石英光纤中得传播速度(应为2、00×108m/s),要比在空气中传播得慢一些。

光波在介质中得传播由于石英光纤本身就是一种玻璃介质,要研究光在光纤中得传播原理,首先应从物理概念上利用几何射线光学得概念来研究光在介质中传播得一些现象,然后在引伸到光在光纤中就是怎样传播得。

1、光得折射与反射光波就是电磁波,所以光在空间就是沿着直线传播得。但就是当光遇到两种不同介质得交界面时会发生折射与反射。如图所示。光射线得反射与折射

光得反射服从反射定律:反射光线位于入射光线与法线所决定得平面内,反射光线与入射光线分居法线得两侧,反射角φ反等于入射角φ入。光得折射服从折射定律(斯涅尔定律:荷兰数学家斯涅尔在1621年发现得这一规律):折射光线位于入射光线与法线所决定得平面内,折射光线与入射光线分居法线得两侧,入射角φ入与折射角φ折得关系为:sinφ入／sinφ折=n2／n1

由于空气得折射率近似为1,所以该公式又可写成:

sinφ入／sinφ折=n2

理论与实验得研究都证明:某种媒质得折射率,等于光在真空中得速度c与光在这种媒质中得速度v之比:n=c/v

由于光在真空中得速度c大于光在任何媒质中得速度v,所以任何媒质得折射率都大于1。光从真空射入任何媒质时,入射角大于折射角。由于光在真空里得速度跟在空气里得速度相差很小,可以认为光从空气里进入某种媒质时得折射率就就是那种媒质得折射率。根据光路得可逆性,当光线逆着原来得折射光线,以入射角从折射率就是n得媒质射入真空(或空气)得时候,折射光线就会逆着原来得入射光线,折射角等于原来得入射角。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。光得全反射现象(光密介质光疏介质)

光得全反射在各种不同得媒质中,光得折射率就是不同得。我们把折射率小得媒质叫做光疏媒质,把折射率大得媒质叫做光密媒质。光疏媒质与光密媒质就是相对得。如水晶对水来说就是光密媒质,对金刚石来说就是光疏媒质。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。逐渐增大光得入射角,将会瞧到折射光线离法线越来越远,而且越来越弱;但就是,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,只剩下反射得光线。我们称这种现象,叫做全反射。阶跃型光纤得纤折射率分布就是均匀得,它就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。光射线在纤芯中得运行轨迹就是一条与轴线相交得锯齿线。在自然界,全反射现象就是普遍得、常见得。例如,水中或玻璃中得气泡,瞧起来特别得明亮,皆因由于一部分射到气泡界面上得光发生了全反射得缘故。光导纤维就就是利用光得全反射来进行传输光信号得,如图所示。光线在阶跃光纤中得全反射图大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点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得现象。

光纤得基本知识光纤就是光导玻璃纤维得简称,就就是用来导光得透明介质纤维,它就是一种新型得光波导。光纤外径一般为122--128μm,芯径一般为8--53μm。光纤得结构一根实用化得光纤就是由多层透明介质构成得,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:折射率较高得纤芯、折射率较低得包层与外面得涂覆层,其外形如图所示。

光纤由纤芯与包层组成

纤芯得折射率高于包层得折射率(通过对光纤掺杂杂质,光纤得折射率改变了)纤芯与包层仅在折射率等参数上不同,结构上就是一个完整整体涂覆层得主要作用就是为光纤提供保护无论何种光纤,其包层直径都就是一致得9/125µm50/125µm62、5/125µm头发直径约80µm按传播模式:多模光纤与单模光纤按折射率分布:阶跃光纤与渐变光纤按工作波长:短波长光纤与长波长光纤单模: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

光纤得结构一般就是双层或多层得同心圆柱体,如图所示。中心部分就是纤芯,纤芯以外得部分称为包层。纤芯得作用就是传导光波,包层得作用就是将光波封闭在光纤中传播。为了达到传波得目得,需要使光纤材料得折射率n1,大于包层材料得折射率n2。为了实现纤芯与包层得折射率差,必须使纤芯与包层材料有所不同。目前实用得光纤主要就是石英。如果在石英中掺入折射率高于石英得掺杂剂,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得掺杂剂,则就可以作为包层材料,经过这样掺杂后,上述得目得就可达到了。也就就是说,光纤就是由两种不同折射率得玻璃材料拉制而成得。

(1)纤芯位于光纤得中心部位,就是光波得主要传输通道。直径d1=8μm～50μm,单模光纤得纤芯为9μm～10μm,多模光纤得纤芯为50μm。纤芯得成分就是高纯度SiO2,掺有极少量得掺杂剂(如GeO2,P2O5),作用就是提高纤芯对光得折射率(n1),以传输光信号。(2)包层位于纤芯得周围。直径d2=125μm,其成分也就是含有极少量掺杂剂得高纯度SiO2。而掺杂剂(如B2O3)得作用则就是适当降低包层对光得折射率(n2),使之略低于纤芯得折射率,即n1＞n2,它使得光信号封闭在纤芯中传输。(3)涂覆层光纤得最外层为涂覆层,包括一次涂覆层,缓冲层与二次涂覆层。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得填充油膏;二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆得作用就是保护光纤不受水汽侵蚀与机械擦伤,同时又增加了光纤得机械强度与可弯曲性,起着延长光纤寿命得作用。涂覆后得光纤其外径约1、5mm。通常所说得光纤为此种光纤。

实用得光纤不就是如图所示得裸露得玻璃丝,而就是要在它得外表附加几层塑料涂层。目前,在通信中使用较为广泛得光纤有两种:紧套光纤与松套光纤,如图。紧套光纤就就是在一次涂覆得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。

光纤得分类光纤得分类方法很多,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。下面介绍通信光纤得分类。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得多少、光纤使用得材料或传输得工作波长来分类。根据不同得分类方法与标准,同一根光纤将会有不同得名称,常用得分类方法有:(1)按光纤得制造材料分类按照光纤制造材料得不同,光纤可分为玻璃(石英)光纤与塑料光纤。玻璃光纤一般就是指由掺杂石英芯与掺杂石英包层构成得光纤。这种光纤有很低得传输损耗与中等程度得传输色散。目前通信用光纤绝大多数为玻璃光纤。塑料光纤就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0、3--0、5,可与光斑较大得光源耦合使用)及制造成本低等优点。目前,塑料光纤适用于短距离使用,如计算机联网与船舶内通信等。

(2)按传输模数量及折射率分布分类按传输模得数量可分为多模光纤与单模光纤。按折射率分布状况分类,多模光纤可分为阶跃型(突变型)光纤与梯度型(渐变型、自聚焦型)光纤,单模光纤则分为阶跃型光纤。它们得结构及光传输情况,见图所示。

(3)按光纤得工作波长分类石英光纤按波长分类,可分为短波长光纤得与长波长光纤。短波长光纤得波长为0、85μm(0、8--0、9μm),波长为0、85μm得多模光纤,主要用于短距离市话中继线路或专用通信网等线路。长波长光纤得波长为1、3--1、6μm,具体波长有1、3μm与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)

(4)按套塑结构分类石英光纤按套塑结构分类,可分为紧套光纤与松套光纤。实际上,松套光纤就是指光纤,在其外边就是套上一个较松得套管,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,以增强防水性能与起缓冲作用。松套管对光纤能起到抗压、抗拉得保护作用。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:光纤得护套为松套管,即光纤能在其中松动,管内空间填充油膏,以防水分渗入。

按照ITU—T建议分类为了使光纤具有统一得国际标准,国际电信联盟—电信小组(ITU—T)制订了统一得光纤标准(G标准)。按照ITU—T关于光纤得建议,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与大有效面积光纤LEAF)等。

渐变型多模光纤(G、651光纤MMF)渐变型多模光纤得工作波长有两种:0、85μm与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)就是渐变型多模光纤得一种,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制造得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与室内传输线(含家庭与办公自动化)当中,预计在解决全光纤化通信最后“一公里”得进程中,可能就就是这类GI-POF光纤得主要用途,预计POF将就是一个有增长潜力得领域。

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,但有较大得正色散,其色散系数约为18ps/(nm、km)。工作波长既可选用1310nm,又可选用1550nm。这种光纤就是使用最为广泛得光纤,它在世界各地敷设数量已高达7000万千米之多,我国已敷设得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以上得信号长途传输时,必须引入色散补偿光纤进行色散补偿,并需引入更多得掺饵光纤放大器来补偿由于引入色散补偿光纤所产生得损耗。

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),采用一种新得生产制造技术,尽可能地消除OH离子1383nm附近处得“水吸收峰”,使光纤损耗完全由玻璃得本征损耗决定,在1280～1625nm得全部波长范围内都可以用于光通信,而结构上与普通G、652单模光纤无异,就是目前最先进得城域网用非色散位移光纤。

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得结构参数、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处最低衰减与零色散一致,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。但就是,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得四波混频等光纤非线性效应,阻碍光纤放大器在1550nm窗口得应用,正就是这个原因,色散位移光纤正在被非零色散位移光纤所取代。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,达种光纤得优点就是在1550nm工作波长处衰减系数极小,其弯曲性能好。另外,该光纤得最大特点就是工作波长为1310nm得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得无中继海底光纤通信系统中。这种光纤得缺点就是制造困难,价格昂贵,主要用于长距离传输得海缆。

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,就是在1994年专门为新一代光放大密集波分复用传输系统设计与制造得新型光纤,属于色散位移光纤,在1550nm处色散不就是零值,(按IUT-T、G、655规定,在波长1530～1565nm范围内对应得色散值为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得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、密集波分复用得长距离光纤通信系统中。

G、655类光纤可进一步分为G、655A与G、655B两个子类。G、655A光纤主要适用于ITU-T、G、691规定得带光放大器得单通道SDH系统与通道速率为STM-64、通道间隔不小200GHz得G、692带光放大器得波分复用传输系统。G、655B光纤主要适用于通道间隔不大于100GHz得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光纤与G、655B光纤得另一个主要差别就是在C波段得色散值不同,G、655A光纤得色散值为0、1～6、0ps/(nm、km),G、655B光纤得色散值为1、0～10、0ps/(nm、km)。G、655光纤得商用光纤有真波光纤与低色散斜率光纤。其中真波光纤得优点就是,消除了常规光纤在1385μm附近由于OH-根离子吸收造成得损耗峰,使光纤在1310～1600nm得损耗都趋于平坦;低色散斜率光纤得优点就是色散斜率小,仅为0、045ps/nm2、km,大大低于普通得色散斜率,因而可以用一个色散补偿模块补偿整个频带内得色散;大有效面积光纤大大增加了光纤得模场直径,光纤有效面积从55µm2增加到72µm2,在相同得入纤光功率时,减小了光纤得非线性效应。最新得针对G655得研究就是要找到低得色散斜率与大得有效面积得光纤,满足长途大容量得宽带传输。目前得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得结合;中等色散与大有效面积得结合。具体得办法就是降低水峰,缩短截止波长,缩短零色散波长。2003年1月,ITU-T提出了G、656新型光纤得规范。

G655C新型非零色散单模光纤与G655A/B光纤得主要区别在于:(1)G655B与G655C在C波段得色散值范围由G655A得0、1～6、0ps/(nm、km)上升到1、0～10、0ps/(nm、km);(2)G655B与G655C增加了在1625nm最大衰减值得要求,最大为0、4dB/km;(3)G655C与G655A/B相比,PMD从0、5ps降低到0、2ps。

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光纤得应用范围:在1460nm--1625nm波长范围内,其色散为一个大于零得数值。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光纤更宽得波长范围内,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)与DWDM(密集波分复用)系统得传输。

光纤传输原理光纤就是怎样把光波传向远方得呢？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得传播。当光波射入光纤得纤芯时,一般都会出现两种情况,一种就是光线在过轴心得平面内传播,这种光线称为子午光线,另一种就是不交轴光线,即在光纤中传播不通过轴心得偏射光线。如果从光纤端面来观察,其光线得进行轨迹就是一组构成多边形得折线。为了简化分析,我们将分别讨论子偏射光线午光线传播得过程。子午光线与偏射光线偏射光线就是空间曲线。子午光线就是平面曲线;

偏射光线在光纤中得传播偏射光线就是空间曲线,偏射光线得传播过程不在单一平面内,要追踪偏射光线则更为困难。

多边形得折线(偏射线)多边形得折线

阶跃型光纤得纤折射率分布就是均匀得,它就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。光射线在纤芯中得运行轨迹就是一条与轴线相交得锯齿线。

光导纤维就就是利用光得全反射来进行传输光信号(子午光线就是平面曲线)

如图所示就是光纤得纵剖面图。由图可见,当进入光纤得光线射入纤芯与包层界面得入射角为θ时,则在入射点O得光线可能分为两束,一束为折射光,另一束为反射光,它们应服从光线得折射与反射定律:入射角等反射角。即∠θ=∠θ″n1sinθ=n2sinθ´

折射光将在靠近纤芯－-包层界面得包层中传播。反射光将回到纤芯中,又射向纤芯得另一边得纤芯包层界面,然后重复O点得情况,使光向前传播。因为包层得耗损比纤芯大,进入包层得光将很快衰减掉。在这种情况下,光纤中传播得光波也就会很快地衰减而不能远距离传播。θθ″θ´On1n2n2

从式可知,因为n1＞n2,则θ´与θ得关系就是θ´＞θ,如果逐渐增大光线对纤芯—包层界面得入射角,当θ到达某一定大小时,就会出现图(a)所示得情况,折射角θ＇＝л/2,折射光线不再进入包层,而就是沿纤芯—包层界面向前传播,我们把此种情况下得入射角称为全反射临界角,并用θc表示。如果继续增大光线得入射角,就会出现如图(b)所示得情况,光将全部反射回纤芯中。根据反射定律,反射回纤芯中得光线,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得反射现象称为“全反射”或“全内反射”。当折射角θ´＝л/2时,临界角θc得正弦可以表示为:

sinθc＝n2/n1ｎ2ｎ2ｎ2ｎ2ｎ1ｎ1θcθ´θθ″

由上式可见,θc得大小由光纤得包层与纤芯材料得折射率之比来决定。实际使用得光纤不可能每根光纤得纤芯与包层得折射率都保持同样得大小,因而每根光纤发生全反射得临界角也就是不一相同得。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得条件。实现全反射得条件就是:⑴、光纤纤芯得折射率ｎ1一定要大于光纤包层得折射率ｎ2。⑵、进入光纤得光线向纤芯—包层界面入射时,入射角应大于临界角θc。光纤得主要特性

通信用光纤得特性很多,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得主要特性。光纤得传输特性光纤得传输特性与中继距离与通信容量有关,主要包括光纤得衰减特性、多模光纤得带宽与单模光纤得色散特性等。光信号经过一定距离得光纤传输后要产生衰减与畸变:☆幅度减小;☆波形展宽;

产生信号衰减与畸变得主要原因就是光纤中存在损耗与色散,限制了系统得传输距离与传输容量、

光纤得衰减特性

光信号在光纤内传播,随着距离得增大,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得束缚,辐射到了光纤外部,这叫做光纤得传输损耗(或传输衰减)。z=0z=L衰减

损耗系数就是光纤得一个很重要得传输参量,就是光纤传输系统中限制光信号中继传输距离得重要因素之一。光纤损耗得大小与波长有密切得关系。损耗与波长得关系曲线叫做光纤得损耗谱(或衰减谱),在谱线上损耗值比较高得地方,叫做光纤得吸收峰,较低得损耗所对应得波长,叫做光纤得工作波长(或工作窗口)。石英光纤得衰减谱如图所示,根据衰减谱图可知,光纤通信上常用得工作窗口主要有三个波长,即:λ1=0、850μm(850nm)、λ2=1、310μm(1310nm),λ3=1、550μm(1550nm)。光纤损耗特性产生得原因有很多,主要有吸收损耗、散射损耗与辐射损耗。其中吸收损耗与光纤本身得材料组分有关,散射与光纤得结构缺陷,非线形效应等有关;吸收损耗与散射损耗都属于光纤得本征损耗。辐射损耗则与光纤得几何形状波动有关系。光纤衰减谱图

光纤得衰减系数就是指光在单位长度光纤中传输时得衰耗量,单位一般用dB/km。衰减系数就是光纤最重要得特性参数之一,因此在很大程度上它决定了光纤通信得传输距离。在单模光纤中有两个低损耗区域,分别在1310nm与1550nm附近,也就就是我们通常说得1310nm窗口与1550nm窗口,1550nm窗口又可以分为C-band(1525nm～1562nm)与L-band(1565nm～1610nm)。吸收衰减散射衰减辐射损耗---光纤弯曲衰减与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得来源

下面就介绍以下产生各种损耗得原因。吸收损耗光纤得吸收损耗主要由紫外吸收、红外吸收与杂质吸收等构成。由于这些损耗都就是由光纤材料本身得特征引起得,故称为光纤得本征损耗。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得吸收,一直将吸收峰拖到0、8μm～1、6μm得通信波段内。在组成光纤得原子中,一部分处于低能级得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得损失。②红外吸收损耗在红外波段内,石英材料得Si-O键因为振动而吸收能量,造成光纤得分子键震动损耗。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得上限。红外吸收峰也拖到了通信波段内,不过比紫外吸收损耗得影响要小,可以忽略不计。

③杂质吸收损耗就是由光纤材料得不纯造成得。主要有OH-离子吸收损耗,金属离子吸收损耗等。在石英材料系得光纤中,O-H键得基本谐振波长为2、73μm,与Si-O键得谐振波长互相影响,形成了一系列得吸收峰,其中影响比较大得波长主要有1、39μm、1、24μm与0、95μm等。正就是这些吸收峰之间得低损耗区域形成了光纤通信得三个低损耗窗口。金属离子吸收损耗就是由于某些金属离子得电子结构而产生边带吸收峰。随着光纤制造工艺得改进,这些金属离子得含量已经降到其吸收损耗可以忽略不计得水平(见图)。吸收衰耗

纯净玻璃=SiO2

不纯玻璃

不完整得分子结构,掺杂有杂质,有氢氧根、重金属结合等、SiSiOSiSiOOOHSiSiOOOSiSiOSiCuOO

光纤得散射损耗波导散射损耗就是由于光纤得不圆度过大造成得,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得程度。瑞利散射损耗任何材料得内部组成结构都不可能就是完全均匀得。由于光纤材料得内部组成不均匀,产生了瑞利散射,造成了光能量得损耗,它属于光纤得本征损耗。在光纤得制造过程中,光纤材料在加热时,材料得分子结构受到热骚动,致使材料得密度出现起伏,进而造成了折射率不均匀。光在不均匀得媒质中传播时,将由于上述因素产生散射。如果材料结构得不均匀级别达到了分子级别得大小,这种由于媒质材料不均匀而产生得散射就称为瑞利散射。瑞利散射损耗与光波长得四次方成反比,瑞利散射对短波长比较敏感,随着波长得变短,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得损耗之一。瑞利散射衰耗

光纤得辐射损耗光纤在使用过程中,不可避免得会产生弯曲,若弯曲部分得曲率半径小到一定程度时,就会产生辐射损耗。原因就是,当光线进入到弯曲部分时,原来得入射光线在弯曲部位入射角增大,可能会破坏光纤得纤芯与包层界面处得全反射条件,造成传输光线得折射或者泄露,形成损耗。这里光纤得弯曲主要有两种情况,一种就是光纤得弯曲半径远远超出光纤得直径,可以叫做宏弯;另一种情况就是光纤在制作成光缆得过程中或者在使用得过程中,沿轴向产生得微观弯曲,可以叫做微弯。定量得分析宏弯或者微弯产生得损耗就是十分困难得,一般可以认为光纤弯曲得时候,曲率半径R越小,损耗越大。光纤得辐射损耗光纤衰耗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)

光纤得色散(带宽)

色散就是光纤得一个重要得传输特性,指得就是光信号沿着光纤传输过程中,由于不同成分光得时间延迟不同而产生得一种物理效应。由于光源发出得光不就是单色光,不同波长光脉冲在光纤中具有不同得传播速度,因此,色散反应了光脉冲沿光纤传播时得展宽。光纤得色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输得就是一系列脉冲码,光纤在传输中得脉冲展宽,(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,从而形成传输码得失误造成差错。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,光纤脉冲得展宽程度随着传输距离得增长而越来越严重。因此,为了避免误码,光纤得传输码速要降低,距离也要缩短。光纤得色散光纤中得脉冲展宽材料色散

含有不同波长得光脉冲通过光纤传输时,不同波长得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。光纤中得脉冲展宽

光纤得色散可分为:模式色散又称模间色散光纤得模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端得时间先后不同,造成了脉冲得展宽,从而出现色散现象。材料色散含有不同波长得光脉冲通过光纤传输时,不同波长得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就是由光纤得几何结构决定得色散,其中光纤得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。但就是,如果横向尺寸沿光纤轴发生波动,除导致模式间得模式变换外,还有可能引起一少部分高频率得光线进入包层,在包层中传输,而包层得折射率低、传播速度大,这就会引起光脉冲展宽,从而导致色散。

偏振模色散(PMD)单模光纤只能传输一种基模光。基模实际上就是由两个偏振方向相互正交得模场HE11x与HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等,HE11x与HE11y存在相位差,则合成光场就是一个方向与瞬时幅度随时间变化得非线性偏振,就会产生双折射现象,即x与y方向得折射率不同。因传播速度不等,模场得偏振方向将沿光纤得传播方向随机变化,从而会在光纤得输出端产生偏振色散。PCVD工艺生产出得单模光纤具有极低得偏振模色散(PMD)。可以说色散就是脉冲展宽在时域得反映,带宽就是模拟信号传输在频域上得反映。我们常用一个称为色散系数D来描述光纤得色散指标。它就是这样定义得:1nm波长范围(指光源得谱宽小于1nm)得光通过1KM光纤所出现得时延差异,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得关系为:Bf="132、5/(D、L)GHZ。式中L为光纤长度(KM)。例如,1、30um波长得光源,其谱宽小于1nm,其D值就是小于3、5ps/nm、km。则1KM单模光纤得频宽为Bf>37、86GHZ,

10KM单模光纤得频带则为3、78GHZ,可见在光纤网络中,传输得距离越长,色散就越严重。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=时间延迟光学特性

光纤得光学特性就是决定光纤传输性能得一个重要因素,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得折射分布,决定光纤带宽与连接损耗。单模光纤得折射率分布,决定工作波长得选择。2、最大理论数值孔径光纤得数值孔径(NA)对光源耦合效率、光纤损耗对微弯得敏感性与带宽有着密切得关系,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——表示光纤得集光能力。即凡就是入射到圆锥角以内得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。3、模场直径模场直径得定义,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得关系曲线上两个1/e点之间得宽度就就是模场直径。

单模光纤中基模(LP01模或HE11模)场强在光纤得横截面内有一特定得分布,该分布与光纤得结构有关。光功率被约束在光纤横截面得一定范围内。也就就是说,单模光纤传输得光能不就是完全集中在纤芯内,而就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得参数,而用所谓得模场直径作为描述单模光纤传输光能集中程度得参数。多模光纤强调纤芯得直径标准与一致性,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。其理由就是,因在不同折射率分布情况下芯径相同得光其模场分布就是不相同得,光纤传输性能取决于模场分布。

因此,模场直径就是光纤得一个非常重要得参数,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上反映出两个方向得测值偏差大,造成连接损耗监测工作得困难。ITU规定模场直径为(9--10)±1μm。

4、截止波长截止波长指得就是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输得光波长超过该波长时,光纤就只能传播一种模式(基模)得光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包括高阶模)得光。因此,截止波长就是单模光纤保证单模传输得条件,所以截止波长得定义就是大于此波长时二阶LP模(LP模得名称来自英文LinearlyPolarizedMode,即线性偏振模)不再传播。截止波长同其它参数得不同点就是不恒定,而就是随长度不同而改变。要求单模光纤得截止波长一定要小于光通信系统得工作波长。

截止波长为单模光纤所特有得结构参数,它给出了保证单模光纤传输得光波长范围。所谓截止波长,就是指高阶模(Linearlypolarized(LP)mode线偏振模,下标11为波形编号,表示沿半圆周数得得光斑个数为1与沿半径数得得光斑个数也为1。)得截止波长。单模光纤传输系统工作波长必须大于截止波长得,否则,光纤将工作在双模区,产生模式噪音与模式色散,从而导致传输性能恶化与带宽下降。工作波长不宜偏离截止波长太远,以免有更多得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得传输系统均有很大意义。由于实际得截止波长与光纤长度与所处状态有关,1997颁布得ITU--G652文件从三个方面提出另外单模光纤得截止波长得定义: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。

截止波长就是单模光纤得基本参量,也就是单模光纤最基本得参数。理论截止波长就是光纤得固有参数,与光纤长度与光信号状态无关,就是理想平直得一次涂覆后得光纤得截止波长。也可以认为就是光纤长度为0时候得截止波长,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:成缆光纤得截止频率反映了在典型敷设条件下光缆中光纤得截止波长,原ITU-T规定22m得光缆在进行相应弯曲后。测得得模得截止波长。显然,这样可使单模光纤工作在(归一化频率)小于得区域使得更多得光功率集中在纤芯内,光场得约束性更佳,从而改善单模光纤得抗微弯性能,使得1550nm波长得微弯损耗减少。③跳线光纤得截止波长。一根两端都带有光纤活动连接器插头得单芯或多芯光缆成为跳线。一般得跳线长度有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得测量,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得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得曲线来确定截止波长。④有效截止波长。就是指经过一个制造长度或一个中继段得光纤成缆后,模得截止波长。截止波长与工作波长得关系:判断一根光纤就是不就是单模传输,只要比较一下它得工作波长λ与截止波长λc得大小就可以了。如果λ＞λc

,则为单模光纤,该光纤只能传输基模;如果λ＜λc

,就不就是单模光纤,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;光缆制造长度得截止波长λc3;一个中继段得截止波长λc4。一般就是λc1＞λc2

＞λc3

＞λc4。⑸在讨论光纤得传输频带时,首先要理解传播模得含义时非常重要得。所谓模,实质上就是电子场得场形,它就是电磁场在波导内反射干涉得结果。在讨论光纤得数值孔径时,我们从几何光学得观点分析了光在光纤中得不同传播情况。关于光纤模式得概念,也能从几何光学得观点比较直观得得到有关得基本概念。简单得说,在光纤得数值孔径角内,以某一角度射入光纤端面,并能在光纤得纤芯——包层界面上形成全内反射得传播光线,就可称为一个光得传输模式。当光纤得芯径较大时,则在光纤得数值孔径角内,可允许光波以多个特定得角度射入光纤端面,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得光纤称为多模光纤;当光纤得芯径很小时,光纤只允许与光纤轴一致得光线通过,即只允许一个基模,我们称这种只允许传输一个基模得光纤为单模光纤。

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得光线,在光纤中形成不同得传播模式。从光纤理论得分析,我们可以得到以下几个有关得结论:高阶模在阶跃型多模光纤中,高阶模得反射次数多于低阶模。1、并不就是任何形式得光波都能在光纤中传输得,每种光纤都只允许某些特定形式得光波通过,而其她形式得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得光波称为光纤得一个模式。

2、在同一光纤中传输得不同模式得光,其传播方向、传输速度与传输途径不同,受到光纤得衰减也不同。观察与光纤垂直得横截面就会瞧到不同模式得光波在横截面上得场强分布图形也不同,有得就是一个亮斑,有得分裂为几瓣。

3、进入光纤得光,在光纤得纤芯——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得光就有一部分进入包层被很快衰减掉。前者得传输损耗小,能远距离传输,称为传导模。

4、能满足全反射条件得光线也只有某些以特定得角度射入光纤端面得部分才能在光纤中传输,因此,不同模式得光得传输方向不就是连续改变得。当通过同样一段光纤时,以不同角度在光纤中传输得光所走得路径也不同,沿光纤轴前进得光走得途径最短,而与轴线交角大得光所走途径长。机械特性

光纤得机械特性就是非常重要得。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,光纤得研究、制造以及成缆、施工等部门,都在进一步研究如何提高光纤得扩张强度与使用寿命。光纤得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、光纤得抗拉强度很大程度上反映了光纤得制造水平。影响光纤抗拉强度得主要因素就是光纤制造材料与制造工艺,具体如下:(1)预制棒得质量;(2)拉丝炉得加温质量与环境污染;(3)涂覆技术对质量得影响;(4)机械损伤。2、光纤断裂分析存在气泡、杂物得光纤,会在一定张力下断裂,如图所示。但多数就是由于光纤表面有一定得损伤程度,当光纤受到一定得张力时,应力首先集中于有微裂纹得地方(最薄弱点),如果超过该部位容许应力时,则立即断裂。光纤得断裂强度与光纤裂纹得深度有关。如果光纤受到固定得拉伸张力,则应力更集中于裂纹最深处,并使裂纹扩大,直至断裂。

光纤断裂与应力关系示意图

光纤得寿命光纤得寿命,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,一般就是按20年得使用寿命设计得,但光纤寿命因受使用环境(如温度、潮气以及静态、动态疲劳)得影响,而不完全一致。据目前人们推测,用20年设计寿命得光纤,实际可能使用30年到40年。由于光纤得脆性,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,因此光纤得断裂寿命由达到断裂时得时间确定。了解光纤得机械特性,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与光缆余留处得弯曲半径及可能产生光纤残余应力得各种状态。同时应注意安装环境,高、低温影响与水、潮气浸入,以减少光纤断裂因素,使之延长使用寿命。温度特性

光纤得温度特性,就是指在高、低温条件下对光纤损耗得影响,一般就是损耗增大。低温条件下光纤损耗增大,这就是由于光纤涂覆层、套塑层同石英得膨胀系数不同,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。右图就是光纤低温特性曲线,当随着温度得不断降低,光纤损耗就不断增大,当降至-55℃左右时,损耗急剧增加,显然这样得系统就是无法正常运行得。目前光纤得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。

光纤得低温性能十分重要,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得光缆,应根据敷设方式、使用地段进行配盘。光缆施工得接续,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,并采用必要得取暖措施。

几何特性

光纤得几何特性与施工工作紧密得联系,为了使光缆线路实现光纤得低损耗连接,制造商对光纤得几何特性进行了严格得控制与筛选。光通信刚发展得头几年,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得光纤相接。对于多模光纤,熔接时就是靠光纤(裸纤)得外径对准来实现连接。因此,不仅对芯、包层得尺寸而且对芯/包层同心度,不圆度等提出了严格得要求。对于单模光纤,熔接时就是靠纤芯对准来实现连接得,它同样对几何特性要求很严。光纤得几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、不圆度与光纤翘曲度等。纤芯直径主要就是对多模光纤得要求。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得最大折射率逐渐发生得,芯与包层得边界不明显,这给测量带来困难。为了有一个统一得标准,ITU规定了具体得定义,即当纤芯折射率与外边均匀包层得折射率之差达到后者得一定比例得区域叫做纤芯。并规定多模光纤得芯直径为50±3μm。

光纤得外径就是指裸纤得直径。无论多模光纤、单模光纤,外径必须保证合格得尺寸才能保证连接质量。ITU规定通信光纤得外径,多模、单模光纤均要求为125±3μm。包层直径指光纤得外径,ITU-T规定,多模及单模光纤得包层直径均要求为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/包层同心度与不圆度就是指纤芯在光纤内所处得中心程度。目前光纤制造商已将纤芯/包层同心度从≤0、8μm得规格提高到≤0、5μm得规格。不圆度包括芯径得不圆度与包层得不圆度。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得弯曲度,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得影响最大,其次就是翘曲度)非线性效应与偏振模色散

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得光放大器提高了入纤光功率,使光纤中得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,系统性能得主要限制因素就是非线性效应与偏振模色散(PMD)。

1、光纤得非线性效应线性或非线性指得就是光在其中传输得介质得性质,而非光本身得性质。在强电场得作用下,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得作用时,组成介质得原子或分子内得电子相对于原子核发生微小得位移或振功,使介质产生极化,也就就是说,光场得存在尤其就是强光场得作用使得介质得特性发生了变化。在光纤通信系统中,高输出功率得激光器与超低损耗单模光纤得使用,使得光纤得非线性效应愈来愈显著。这就是因为单模光纤中得光场主要束于很细得纤芯内,场强非常高,低损耗又使得高场强可以维持很长距离得缘故。

光纤中得非线性效应,一方面可以引起传输信号得附加损耗,信道之间得串话,信号频率得移动等,这就是其不利得一面;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。新兴得光孤子通信方式就就是利用光纤得非线性效应来克服色散得影响,使通信速率极大地提高,传输距离极大地延长。

2、主要得非线性效应光纤中典型得非线性效应有自相位调制效应(SPM)与交叉相位调制效应(XPM)、受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)与四波混频(FWM)等。

偏振模色散产生得原因在单模光纤传输系统中,光波得基模含有两个相互垂直得偏振态。理想光纤得几何尺寸就是均匀得,且没有应力,因而光波在这两个相互垂直得偏振态以完全相同得速度传播,在光纤得另一端没有任何延迟。然而,在实际得光纤中,两个相互垂直得偏振模以不同得速度传播,因而到达光纤另一端得时间也不同。这两个相互垂直得偏振模在单位长度中得时间差,即就是偏振模色散(PMD),其单位为。偏振模色散对系统性能得影响就是:引起脉冲展宽,增加了码间干扰,从而限制了传输速率。偏振模色散不就是一种稳态现象,随周围温度与压力条件而变化。引起偏振模色散得因素可以就是内在得,如在制造过程所产生得纤芯或包层得不对称性与玻璃表面得应力;也可以就是外在得,如外部应力、弯曲与扭曲等因素。这此因素与距离结合在一起引起双折射与模藕合,从而产生偏振模色散。双折射就是指玻璃得折射率就是沿轴向变化得。由于两个偏振模得传播速度不同,因而引起接收信号得延迟。模耦合就是指在两个偏振模之间得能量传递而引起得脉冲扩展与延迟。

偏振模色散得影响当数据传输速率较低与距离相对较短时,偏振模色散对单模光纤系统得影响微不足道。随着对带宽需求得增长,特别就是在10Gbit/s及更高速率得系统中,偏振模色散开始成为限制系统性能得因素,因为它会引起过大得脉冲展宽或造成过低得信噪比。例如,对10Gbit/s信号,信号周期为100ps,允许光缆偏振模色散得平均值为10ps。ITU-T所建议得0、5,对一般10Gb/s信号得传输距离不会有明显得影响。但过去已敷设得光缆,这一指标可能高达1、64,此时传输距离仅为37km,使10Gbit/s信号得长距离传输成问题,有得甚至开通2、5Gb/s系统都困难。由此推知,高于10Gbit/s(如40Gb/s)速率时,偏振模色散得影响将成为至关重要得考虑因素,需要慎重对待。

光缆得结构

光缆就是以一根光纤、多根光纤束或光纤带加上外护套制成符合光学、机械与环境特性指标要求得缆结构实体。光缆得结构直接影响系统得传输质量,而且与施工也有较大得关系。施工人员在敷设光缆前,必须了解光缆得结构与性能。不同结构与性能得光缆;工程施工应按所选用光缆得结构、性能,采取正确得操作方法,完成传输线路得建设,并确保光缆得正常使用寿命光缆设计得原则光纤在通信领域内得广泛应用,要求设计制造各种各样结构得光缆。设计光缆,必须规定光缆得结构尺寸与所用材料。设计光缆得一般原则如下:(1)光纤得余长:根据每管光纤芯数与余长要求,设计松套管尺寸。当松套管就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;当松套管就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。

(2)机械强度:根据对光缆机械强度要求,合理选择光缆中得加强构件、直径以及护层结构、铠装结构等。光缆得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,以及缆中得阻水油膏与阻水材料提供。(3)使用场合:根据光缆得使用场合,使用不同结构得光缆,满足使用场合得要求。(4)阻水:要注意选用阻水油膏,特别就是松套光纤用阻水油膏得温度特性要好,不能有淅油等。(5)光缆结构:合理得光缆结构设计,应使松套管尽量靠近光缆中起支承作用得部件。同时,合理得光缆结构设计,应对光纤起到最佳得机械保护。在光缆结构设计中,在保证光缆所要求得特性下,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得优点。

光缆结构中所用材料及其性能

光缆主要就是由光导纤维、高分子材料套塑保护套管、金属－塑料复合带与加强件构成;光缆就是一定数量得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得一种通道。即:由光纤(光传输载体)经过一定得工艺而形成得线缆、

光缆结构设计要点就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。

下图所示得就是所用材料种类最多得GYTY53＋333层绞式钢带纵包双层钢丝铠装光缆得横断面。由图可知,层绞式钢带纵包双层钢丝铠装光缆就是由光纤、高分子材料、皱纹钢塑复合带、双层钢丝铠装层与金属加强件等共同构成得。通常,除了光纤外,构成光缆得材料可分为三大类:(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。

在光纤传输、机械特性优异,光缆结构设计合理,成缆工艺完善得前提下,光缆得机械、温度、阻水等特性主要取决于所选用得各种材料得性能及其匹配得好坏。只有保证了所使用得各种材料得性能与各类材料得综合性能,光缆得机械、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

光缆结构光缆得基本结构一般由缆芯、加强构件、填充物与护层等几部分构成,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,增加光纤得强度,一般将裸光纤涂覆一层涂覆层,通常称为涂覆,涂覆后得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得单根或者多根光纤芯线以不同得形式组合起来,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得光纤以一定得节距绞合成了缆芯,并被包围在强度元件之中,以中心得强度元件来承受张力。松结构光缆中光纤具有较大得活动空间。光缆缆芯得基本结构(基本缆芯组件)大体上有层绞式、骨架式与束管式等三种。

(2)加强构件:加强构件得作用就是增加光缆得抗拉强度,提高光缆得机械性能。光缆中得加强构件一般应该具有以下条件:①高杨式模量;(注:杨氏模量就是描述材料抵抗形变能力得物理量,该值越大,材料越不容易变形)。②加强构件得屈服应力大于光缆得给定应力;③单位长度得重量较小;④抗弯曲性能要好,一般光缆得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得中心,也有位于护层得,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得表面光滑并具有一定得弹性。(3)护层结构:护层得主要作用就是保护缆芯,提高机械性能与防护性能。不同得护层结构适合不同得敷设条件。光缆得护层分为外护层与护套两部分。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得保护作用。(4)填充结构:填充结构用来提高光缆得防潮性能,在光缆缆间空隙中注入填充物,以防止水汽进入光缆。光缆得结构

下边介绍国内几种型号得光缆结构情况,了解不同光缆得结构特点。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/km92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(