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光纤光缆基础知识

孙建华

2012-4-2

光通信发展史2000多年前 多年前 烽火台——灯光、旗语 灯光、 烽火台 灯光 1880年 年 光电话——无线光通信 光电话 无线光通信 1970年 年 光纤通信 1966年——高锟博士首次提出光纤通信的想法 年 高锟博士首次提出光纤通信的想法 1970年——贝尔研究所林严雄研究出在室温下可 年 贝尔研究所林严雄研究出在室温下可 连续工作的半导体激光器； 连续工作的半导体激光器； 1970年——康宁公司首先开发出损耗为 年 康宁公司首先开发出损耗为2.0dB/公 公 康宁公司首先开发出损耗为 里的光纤2012-4-2

光通信的优缺点优 点 ： a 、 传 输衰 减 低 ， 中继距离长； 中继距离长； b、传输带宽宽，通信 容量大； 容量大； c、光缆尺寸小，重量 轻； d、不受电磁感应，不 受强电、雷电干扰； 受强电、雷电干扰； e、节省有色金属； 节省有色金属； f、适用于需防暴、高 适用于需防暴、 压和雷电的场合。 压和雷电的场合。2012-4-2

缺点：a、需要光端机 和光中继器进行光—电 和光中继器进行光 电 转换和电—光转换 光转换； 转换和电 光转换； b、光纤材料较脆，应 对光纤小心保护且光缆 弯曲半径不宜过小； 弯曲半径不宜过小； c、光纤接续较难； 光纤接续较难； d、连接和测试需要专 门的工具和高精度仪器

光纤的结构纤芯： 纤芯：光纤的 中心部分， 中心部分，折 射率高于包层， 射率高于包层， 光波主要在纤 芯中传输。 芯中传输。 包层：环绕纤芯的区域， 包层：环绕纤芯的区域，折 射率低于纤芯， 射率低于纤芯，以提供反射 面或光隔离。 面或光隔离。 一次被覆层作用： 一次被覆层作用： ①保护光纤的机械 强度； 强度；②隔绝能够 引起微变损耗的外 应力。 应力。

定义——传输光能的介质波导，由纤芯和包层组成。 传输光能的介质波导，由纤芯和包层组成。 定义 传输光能的介质波导2012-4-2

光纤的种类单模光纤种类： 单模光纤种类： (G.652)非色散位移光纤， 1550nm nm窗 1 、 B1.1(G.652)非色散位移光纤， 在 1550nm窗 口衰减小，但色散较大， 口衰减小 ，但色散较大，不利于高速系统的长 距离传输； 距离传输； (G.653)零色散位移光纤， 1550nm nm窗口 2 、 B2(G.653)零色散位移光纤， 在 1550nm窗口 色散为零， 色散为零，但在波分复用时会出现四波混频效 应； (G.654)截止波长位移光纤； 3、B1.2(G.654)截止波长位移光纤； (G.655)非零色散位移光纤， 1550nm nm窗 4 、 B4(G.655)非零色散位移光纤， 在 1550nm 窗 口衰减低，色散小，大大减小四波混频效应。 口衰减低 ，色散小，大大减小

四波混频效应。 故其可用于远距离、波分复用、高速系统； 故其可用于远距离、波分复用、高速系统； 色散平坦光纤； 5、色散平坦光纤； 色散补偿光纤。 6、色散补偿光纤。2012-4-2

光纤的种类多模光纤 A1a:50±3/125±3µm; : ± ± ; A1b:62.5±3/125±3µm; : ± ± ; A1c:85±3/125±3µm ; : ± ± A1d:100±5/140±4µm。 : ± ± 。

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光纤参数光纤几何参数： 光纤几何参数：涂层直径 包层直径 模场直径 纤芯包层同心度 涂层包层同心度 包层不圆度

模场直径——单模光纤所特有的一个重要参数， 模场直径——单模光纤所特有的一个重要参数，通俗 ——单模光纤所特有的一个重要参数 地讲就是单模光纤中光斑的大小。 地讲就是单模光纤中光斑的大小。模场就是光纤中基 模场的电场强度在空间的分布。因此， 模场的电场强度在空间的分布。因此，单模光纤中的 场并不是完全集中在纤芯中， 场并不是完全集中在纤芯中，而是相当部分能量在包 层中， 层中，所以不宜用纤芯的几何尺寸作为单模光纤的特 征参数， 征参数，而是用模场直径作为描述单模光纤中光能集 中的范围。是单模光纤所特有的参数， 中的范围。是单模光纤所特有的参数，给出了保证单 模传输的光波长的范围。 模传输的光波长的范围。2012-4-2

光纤传输特性参数衰减 截止波长 色散 偏振模色散 衰减——光在光纤中传输时的能量损耗。 衰减——光在光纤中传输时的能量损耗。 ——光在光纤中传输时的能量损耗 截止波长——保证单模传输的最低工作波长， ——保证单模传输的最低工作波长 截止波长——保证单模传输的最低工作波长，是 单模光纤的本征参数。 单模光纤的本征参数 色散—— ——光脉冲沿着光纤进行一段距离后造成的 色散——光脉冲沿着光纤进行一段距离后造成的 频宽变粗，它是限制传输速率的主要因素。 频宽变粗，它是限制传输速率的主要因素。

模间色散、材料色散、波导色散 模间色散、材料色散、偏振模色散——由于光纤的椭圆度和残余内应力 偏振模色散——由于光纤的椭圆度和残余内应力 —— 的原因，改变了光纤的折射率分布， 的原因，改变了光纤的折射率分布，从而引起基 LP01的两个垂直方向的模已不同的速度传输 的两个垂直方向的模已不同的速度传输， 模LP01的两个垂直方向的模已不同的速度传输， 从而使其到达的时间不同，其差称为偏振模色散。 从而使其到达的时间不同，其差称为偏振模色散。2012-4-2

光纤损耗散射损耗由于下列原因，光信号会损耗: 光缆中的分子不均匀 光缆的光学纯度不高

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光纤损耗

吸收损耗

光缆中的杂质会吸收光的能量

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光纤损耗弯曲损耗光缆内核与覆层之间的不均匀会引起如图所示的损耗

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光纤损耗弯曲损耗光纤的弯曲会造成损耗 光穿越叠层

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光缆定义：用适当的材料和缆结构， 定义：用适当的材料和缆结构，对通信用光纤 进行保护， 进行保护 ，使光纤免受机械和环境的影响和损 适应不同场合。 坏，适应不同场合。 光缆的主要特性：光缆中光纤的传输特性， 光缆的主要特性： 光缆中光纤的传输特性，光 缆的机械特性， 缆的机械特性，光缆的环境特性和光缆的电气 特性。 特性。 机械特性：光缆的拉伸、压扁、冲击、 机械特性 ：光缆的拉伸、压扁、冲击、反复弯 扭转、卷绕等。 曲、扭转、卷绕等。 环境特性：温度特性、滴流性能，热老化性能、 环境特性：温度特性、滴流性能，热老化性能、 渗水性能、阻燃、低温下弯曲性能和冲击性能， 渗水性能、阻燃、低温下弯曲性能和冲击性能， 耐电痕性能。 耐电痕性能。2012-4-2

光缆分类分类：按光纤在光缆中的松紧自由状态不同， 分类：按光纤在光缆中的松紧自由状态不同， 分为紧结构、松结构、半紧半松结构。 分为紧结构、松结构、半紧半松结构。 按缆芯结构分：中心管式、层绞式、骨架式。 按缆芯结构分：中心管式、层绞式、骨架式。 按光缆敷设条件分：架空、管道、直埋、 按光缆敷设条件分：架空、管道、直埋、水底 等。 按使用环境： 按使用环境： 室外光缆：适用于架空、管道、直埋， 室外光缆：适用于架空、管道、直埋， 室内光缆：适用于建筑物内使用的光缆， 室内光缆：适用于建筑物内使用的光缆，不填 充油膏

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光缆生产工艺流程图光纤进厂 检测 着 色 检测 二次套塑 检测 填充绳挤制 充油、扎纱 成 缆 加强件 检测 内 护 层 检测 外 护 层 检测 成 品 包 装2012-4-2

光缆余长光缆余长形成的两种方法：张力法和温差法。 光缆余长形成的两种方法：张力法和温差法。 影响余长主要因素： 影响余长主要因素： 1、放纤张力； 、放纤张力； 2、牵引轮直径； 、牵引轮直径； 3、前后两段冷却水温差 、 4、生产线速度； 、生产线速度； 5、触变型填充油膏的温度和压力、粘度； 、触变型填充油膏的温度和压力、粘度； 6、在双牵引生产线中，履带牵引和盘式牵引 、在双牵引生产线中， 的速度差。 的速度差。

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