光纤光缆笔记.doc

1_1绪论电通信分有限和无线光通信分有线（光纤）和无线光纤通信简介电通信：以电磁波作为信息载体以通信电缆或大气为传输媒介的通信方式光通信：激光光通信的雏形1. 贝尔老电话话筒透镜孤光灯；200米话筒透镜硅光电池 抛物镜 听筒中；股光灯1. 不是相干光2. 白光散开角太大激光：相干光 平行 一、大气光通信优点：简单经济，机动灵活；缺点：1. 受大气影响特别大 。 天气好 2030dB/km;不好 200dB/km2. 传输不稳定3. 场合受限，要求收发两地直线可见 二、光通信系统的组成及分类1.光通信系统的组成信号电发射机光发送机光纤光中继光接收机电接收机信号电发射机调制信号 模拟信号载波通信 数字通信PCM通信光发送机电信号与光信号的转换（直接调制/外调制）直接调制 电信号驱动电路光源光信号外调制 驱动电路（光源调制器（电信号）光信号光中继将失真的信号进行放大，整形再生；光放大器电放大量 光/电电放大电光光接收机光/电转化 PIN/APO2.光纤通信系统分类1.传输信号性质包括：模拟传输和数字传输1.按传输波长和光纤类型分 短波 （850nm） 多模光纤 1310 单模光纤 长波 1310nm 多模光纤 1550 单模光纤三、光纤通信的发展及历程1.探索时期的光通信 l 原始光通信（烽火台旗语）l 1880年贝尔光学电话l 1960年 maiman 红宝石激光器3. 现代光通信光纤通信（1970）l 30年代 衰减：1000dB/kml 1966年 美籍华人：高锟l 1970年 20dB/kml 1972年 4 dB/km（这两个康宁）l 1973年 2.5 dB/kml 1974年 1.1 dB/km （这两个贝尔实验室）我国于1977年武汉邮电科学院 3 dB/km1_2 光纤通信的特点及应用一、 光纤通信的优点l 传输频带宽，容量大 1014HZ l 损耗低，中继距离比较长l 抗电磁干扰能力强l 保密性好l 体积小重量轻l 节省有色金属材料l 软化温度高，不产生火花，防雷电二、 缺点l 抗拉强度低l 连接困难l 材料提供要求高l 光纤弯曲半径不能太小l 光直接放大困难1-3 光的性能一、电磁波谱图300um 远红外光 25um红外光 15um 近红外光 0.76um 可见光 0.39um 紫外线 0.006um无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 Y射线光纤 0.81.8um(167375Hz)二 光的反射与折射当入射角大于折射角时，才能发生全反射全反射是光信号在光纤中传输的必要条件三光的干射1. 相干波由频率相同，传播方向相同，位相相同或位相差值恒定的两个波源发生的波是相干波：在传输过程中，加强的地方始终加强；减弱的地方始终减弱2. 获得相干光的方法， 同出一点，一分为二，各行其路，合二为一见图 分波阵面法 分振幅法四光的衍射（菲尼尔和幅朗斯衍射） 绕过障碍物继续向前传播五、光的偏振自然光：大量原子，不同方向偏振：自然光通过某种方法只保持某个方向的光部分偏振光：（一个加强）线偏振光： 只剩一个六、光的吸收、色散和散射（吸收和散射是形成损耗的原因）1.吸收光通过介质后，光强度减弱的现象（与波长有一定关系）Il =I0e L 为吸收系数 L为介质厚度与波长有一定的关系选择性吸收与波长无关普遍性吸收（空气，水）3. 色散：介质的折射率随入射波的波长改变而改变的现象正常色散： 增大 n 减小 n=a+b/2+ c/4非正常色散： 增大 n 增大散射：光通过某种不均匀介质时，偏离原来的传播方向Il =I0e l 代表散射系数线性散射 （瑞利散射散色离子/米氏散射）非线性散射 （拉曼散射/布里渊散射）七、激光 laser（光 受激辐射放大）自发辐射不是相干光受激辐射形成激光 相干光受激吸收激光形式：必须有产生激光的物质激活物质（亚稳态） 必须能形成粒子数反转分布的激励源 必须完成频率选择的光学谐振腔激光的特点 1.单色性好，2.方向性好第二章 光通信的基本原理2-1 概述一、光纤结构1.纤芯、包层、涂覆层多模纤芯：5062.5um 单模纤芯：410um包层：125um二光纤种类按材料分：石英光纤，塑料光纤，多组分玻璃，液纤、氟化物按传输模式分：多模、单模按折射率分：阶跃型、渐变型按工作波长分：短波长、长波长，超长波长按套塑结构分：松套、紧套1. 按材料分：l 石英光纤：以二氧化硅为主，掺杂P, Ge, B氧化物NSiO2=1.458 NP2O5=1.5 NGeO2=1.481.50 NB2O5=1.45（折射率）特点：衰减小，强度和可靠性好，但工艺较难l 塑料光纤纤芯PMMA PSPC包层氟聚物衰减=50dB/kml 多组分玻璃光纤二氧化硅的百分之几十，掺杂了较多碱金属，碱金属氧化物的光纤特点：加工工艺较易、衰减大、强度和可靠性差l 液芯光纤衰减40dB/km 通常用传感光纤l 氟化物光纤2. 按传输模式分l 多模光纤（MMF）l 单模光纤（SMF）基模（一个模式，两个偏振模）尺寸：410um3. 按折射率分l 阶跃型光纤（纤芯和包层折射率均匀分布）l 渐变型光纤（n1（纤芯折射率）自内向外逐渐减小）4. 按工作波长分l 短波长（0.80.9）l 长波长（11.8）l 超长波长（2um）2_2用射线理论分析光纤的导光原理一、1. 几何学习法射线理论（0时，将光看做一条射线）2. 波动学习法波动动理论（较小是，用麦克斯韦方程式）1. 子午线：一束光线摄入光纤后，始终在包含光纤轴心线的平面内进行传输，并且在一个周期内与轴心线相交两次；2. 斜射线：不在固定的平面内进行传输而且也不与轴心线相交的线。二、阶跃型折射光纤的导光原理三、渐变型折射光纤的导光原理光纤性能参数1.相对折射率差 =（n1-n2）/2 n1=（n1-n2）/n1 渐变型=（n（0）-n2）/2 n（0）2.数值孔径NA 孔位角：临界端面入射角c 数值孔径NA：孔位角在媒介折射率n0与孔位角正弦值的乘积？NA=n0*sinc (n0=1(空气)= （n1-n2）0.5=n1（2）0.5NA范围：0.180.24渐变型：局部数值孔径 公式： 最大数值孔径 公式：计算题：1. 某阶跃型折射率光纤的n1=1.50 -0.01试求1.包层的折射率， n2 （1.48） 2.光纤的数值孔径NA2. n1=1.48,n2=1.46的阶跃型光的数值孔径是多少，最大的入射角是多少？ 0.242 ； 143. 模场直径（单模光纤）模场单模光纤中基模的电场强度随空间变化的分布E（r）模场直径E（r）最大值在1/e处所对应的直径4. 截止波长c能以单模方式进行信号传输的最小波长二光纤的几何特性参数1. 包层直径：D，最大直径与最小直径的均值2. 纤芯直径：（多模光纤）d, 最大直径与最小直径的均值3. 纤芯/包层不圆度：e=（最大芯层直径减去最小芯层直径）除以芯层直径*100%6% E=（最大包层直径减去最小包层直径）除以包层直径*100%2%4. 纤芯/包层同心度：c=x/d*100% (x0.5um2_3 光纤的模式一、模的概念及特点电磁波包括：l 横电磁波 TEM传播方向上既无电场分量也无磁场分量l 横电波 TE传播方向上无电场分量有磁场分量l 横磁波 TM传播方向上有电场分量无磁场分量l 混合波 HE传播方向上既有电场分量也有磁场分量模式：以一角度射入光纤端面并且能在纤芯和包层界面处完成全反射的光线就是一个模式。特点l 光线方向代表电磁场方向；l 光纤中传输的模式是有限的；l 不同的模所受的衰减不同l c 并且能在纤芯和包层界面形成全反射的光成为传导模；c 不能在纤芯和包层界面形成全反射的光成为辐射模；l 基模在纤芯和包层界面形成的放射角为零的模低次模相对来讲， 与光纤轴线夹角小的模高次模相对来讲， 与光纤轴线夹角大的模二、模变换光线在传输过程中遇到不均点（界面）时传输方向发生改变的现象；现象：1. 低次高次 增大损耗2. 高次低次 改善色散三、光纤中传输模数的计算V-归一化频率（公式）例一：多模阶跃光纤中n1=1.50,相对折射率差=0.01，入射光波长=1.30um,纤芯半径a=25um,求N（传输模数）328（取整数）单模传输条件：0v2.40483 （公式） 例二：阶跃型光纤n1=1.50，入射光波长=1.31um,1. 当=0.25为单模传输光纤芯径，a应取多大； 0.4732. 若取芯径a=5um,怎样才能保证单模传输？2-4 光纤的传输损耗一、损耗的定义损耗光信号在光纤传输中随传输距离的增大，光功率逐渐减小衰减系数（损耗系数）光信号传输单位长度光线后所损失的光功率的分贝数公式例1. 当工作波长为=1.31um,某光纤的损耗系数为0.50dB/km,若最初射入光纤功率。二损耗的种类损耗l 吸收损耗（本征、杂质、原子缺陷）l 散色损耗（线性、非线性、波导）l 其他损耗（连接、宏弯、微弯）1.吸收损耗1.本征吸收损耗由光纤材料本身引起的1.红外吸收Si-O键影响长波长， 吸收峰 9.1um 12.3um 21.3um 1010dB/km(吸收峰尾部影响到工作波段损耗)2.紫外吸收影响短波长2.杂质吸收损耗 1.过渡金属离子引起的损耗 IPPb时 金属离子Cu2+Cr2+Fe2+Fe3+Ni2+吸收峰波长/um0.850.6251.00.40.65衰减 dB/km1.11.60.680.150.1(瑞利散色损耗+本征损耗=理论损耗最低值)2.OH-基振波长 2.73um 二振波长 1.83um(65dB/km)三振波长 2.95um3.原子缺陷损耗 0.63um(有吸收峰)2.散射损耗 线性散射损耗（1.瑞利散射损耗I1/4；2.米氏） 非线性散射损耗 能量过大，集中，产生 波导结构散射损耗 0.010.04 dB/km 3.其他损耗 连接损耗：光纤连接时由于光纤端面不平整或轴心偏移（10%）而产生的损耗 宏弯损耗 传输模辐射模长期应用 R弯150D； 短期应用 R弯100D 微弯损耗同宏弯损模的弯换引起损耗？ 成缆侧压力，温度变化（缩胀不同长生一些力而微弯）三、 损耗光波曲线（见P171）2_5 光纤的色散特征一、基本概念1.色散：光脉冲在光纤中传输一定距离后，其波形发生了时间上的展宽色散大小用时延差来描述（光脉冲中不同模式或不同频率的成分传输同样距离引起的时延差）影响：通信距离；通信容量2带宽（频域角度） 色散（时域角度）光功率下降一半所对应的频率为带宽光带宽（公式）电带宽（公式）3.色散和带宽的关系BW=A/= A/（/l）=B*L A 波形系数0.44二、色散的种类及产生原因1.模式色散m：光纤中不同模式在同一波长下传输速度（渐变）或路程不同（阶跃）而引起的时延差只有多模光纤存在模式色散大小主要取决于光纤的折射率分布。2.材料色散：由于光纤材料折射率随波长变化而使同一模或在不同波长下传输速度不同引起的时延差。c=D*L是单模光纤的主要色散3.波导色散：波导结构参数与波长有关而引起的色散；w材料色散和波导色散合称为色度色散4.偏振模色散相互垂直的两个偏振态传输速度不一致而引起的色散原因是：圆整度不够；纤芯截面的龟裂色散的计算 多模 上三个色散的平方和开根号（计算公式）单模 材料色散+波导色散（计算公式）例：有一15km的多模渐变光纤线路工作波长=1.31um,使用的LED光源谱宽=1.6um,已知该光纤材料色散系数5ps/km,模式色散是0.3ns/km.nm问此线路总色散是多少？（4.66ns）三、不同光纤的脉冲展宽1.阶跃型多模光纤2.渐变行多模光纤3.单模光纤（材料色散+波导色散）四、多模光纤数值孔径大小选择1.从光源耦合角度=光源发出功率 光纤接收功率= 越大越好越大2.从色散的角度阶跃型渐变型 大，色散大，因此越小越好那样会减小五、单模光纤的色谱收谱特性（见P30）1.减小材料色散2.减小波导色散具体结构（见P42）1. 标准单模光纤（G.652）2. 单模位移单模光纤（G.653）3. 1.55um处最低衰减光纤（G.654） 纤芯为纯SiO24. 非零色散位移光纤（G.655） 抑制DWDW引起的非线性效应5. 色散补偿光纤（G.65x）6. 色散平坦光纤（G.656）六、渐变型多模光纤折射率分布的设计七、光纤通信系统的主要性能和指标1.比特率（数字）和带宽（模拟） 比特率信道上单位时间内能够传输的最大比特率6Ps 2.传输距离 损耗角度 吸收散色、连接（熔接=0.1dB/km;连接器=0.5dB/km）、弯曲损耗 色散角度 由模变换（增损有利于色散）所以不是完全与L反比 r=带宽距离指数 0.51 （多模 0.50.9；单模 1） 通信容量（主要由色散决定） 2_6 光纤的物理机械特性一、 光纤的机械特性1.抗拉强度 光纤的拉伸强度光纤的理论拉伸强度裸光纤Si-O键计算的600kg/mm2 Cu几十kg/ mm2实际上裸光纤 1020kg/mm2 一次涂覆后光纤 400kg/mm2 光纤的断裂特点1. 实际断裂强度比理论强度低得多2. 实际断裂强度最大最小值可以相差一个数量级，分散性大3. 强度受环境影响较大 光纤的断裂原来微裂纹理论玻璃表面在拉伸过程中不可避免地会出现微裂纹，当受到张力时，会在微裂纹处产生应力集中，达到Si-O键键能时，微裂纹迅速向前扩张，光纤断裂 光纤的抗张强度与长度的关系：光纤越长，抗拉强度越小 抗拉强度与工艺水平的关系1. 预制棒的制造2. 拉丝（温度、环境）3. 涂覆4. 机械损伤2.光纤的弯曲特性：卷绕试验二、光纤的温度特性裸光纤线膨胀系数 3.45.510-7 尼龙、硅橡胶 10-4 当t增大时，光纤受到轴向伸长力；当t减小时，光纤受到轴向压缩力 增大三、 光纤的化学性质及耐水性1. 化学性质：稳定2. 耐水性不好：影响传输性能；使龟裂纹扩大影响机械性能四、 光纤的长期可靠性1. 静疲劳在一定应力作用下，静止不动一段时间后突然断裂的现象2. 原因：光纤表面的微裂纹在应力环境中的水及化学物质的共同作用下，应力集中，达到Si-O键键能时，光纤断裂。本章小结1. 光纤的分类（折射率、模式、套塑）2. 光纤的光学参数（相对折射率差、模场直径等）3. 模的特点及模的计算4. 模变换5. 损耗的分类及计算6. 色散的概念、产生原因及计算7. 光纤的断裂特点及理论解释8. 静态疲劳定义及产生原因9. 光纤的温度特性（画曲线，解释）第三章 光纤光缆的制造与连接3_1 预制棒的制造一、 光纤所含成分的物理性质分子量折射率线性膨胀系数SiO244.091.4582.410-7B2O369.621.4515010-7GeO2124.591.481.56010-7P2O5141.951.514010-7二、制棒所用材料及提纯1.基本材料 高纯的卤化物试剂 SiCl4 GeCl4 PoCl3 BBr3 C2F4 C2F6 (透明液体、易发烟、刺鼻) SiCl4是主要材料 85%95% 金属离子， 几个ppb OH-20ppm2.载流气体 氧气既是载流气体，又是反应气体（含水量1ppm;其他含氢化合物0.2ppm Ar载流气体，要求与氧气相同 He消除气泡、提高沉积效率、要求同氧气 Cl2、SiCl4 干燥剂3. 石英管杂质含量要求杂质元素AlFeCu等杂质总量OH-含量ppm10电炼式 510气炼式 130200三、预制棒的制备方法气相沉积：MCVDOVDVADPCVDPMCVDALPD非气相沉积：界面凝胶法熔融法机械成型法溶胶-凝胶法玻璃分相法MCVD 管内气象轴向沉积法（P86页）(1) 步骤 清洗（专用设备）控烧（车床） 60消除内应力，抛光 沉积包层 SiCl4+O2高温氧化SiO2+2Cl2（气体） 4BBr3+3O2高温氧化2B2O3+6Br2（气体） 沉积芯层 GeCl4+O2高温氧化GeO2+2Cl2（气体） 烧缩成棒（1800）（2）工艺要求： 反应管内保证正气压； 反应管温度稳定（折射率会出现起伏） 试剂供给易按折射率分布严格控制 锗的钴化物的供给量在逐渐增大大的 蒸发瓶温度车床转速 喷灯移动速度均应稳定（3）MCVD的特点（见书88页 表4-2） 25km2.OVD法（棒外化学气相沉积法）（见书89页）原理:火焰水解反应（先沉积纤芯，再沉积包层）多了脱水反应脱水反应：SiCl4+2H2OSiO2+4HCL GeCl4+2H2OGeO2+4HCL 2Cl2+2H2O2HCL+O2OVD的特点（见书92页，表43）没有外包技术100200km；3.VAD法（轴向气相沉积法）原理:火焰水解反应（棒垂直安装、同时沉积纤芯包层、多个喷灯(38)）VAD的特点（见书94页、表44）沉积速度快，和OVD差不过氢氧根离子含量比OVD低；VAD的特点，最长能到300km成本是OVD法的16倍 4.PCVD（等离子化学气相沉积法）（荷兰菲利普）反应原理：低温氧化反应沉积厚度能达到0.21um 比较容易生产渐变型光纤比较适合生产折射率分布比较复杂的光纤PCVD的特点（详见表45）选择4中工艺沉积芯棒，在采用OVD或VAD法沉积外包层四种气相工艺的特点表4-6外包法 套管法 粉末外包层法（4.2.2.3， 见104页） 等离子体外包层法（4.2.2.4，见105页）4_3非气相技术1. 熔融法 （双坩埚法）直接拉丝数值孔径比较大 0.20.6折射率比较多大 （短距离传输） 2. 界面凝胶法 主要做塑料光纤选择扩散原理 (见106)PMMA为包层；3. 溶胶凝胶法掺F的石英光纤Si(OC2H5)4 +乙醇和氨水混合控制颗粒大小铸模凝胶化干燥-脱水凝结掺F4. 机械成形法3_2 光纤的拉丝及一次涂覆一、拉丝要求：1.保持芯径不变 2.光纤横截面为圆形且包层通信 3.光纤表面没有裂痕 4.光纤表面不与水接触拉伸装置 P111 4-14送棒机构以某均匀速度连续将棒送入加热炉中加热炉提供高温使棒软化 （19002100）1测径仪监控裸光纤的直径 （50um1mm）0.5um通过控制拉丝速度来控制光纤的直径一次涂覆装置在裸光纤表面涂上一层热固化树脂或UV固化树脂二、光纤的一次涂覆原因：光纤在拉丝过程中不可避免要产生微裂纹、该裂纹会与空气中的水接触后要扩大使光纤机械强度下降，为保护光纤免受水的影响，提高其机械强度，光纤在拉丝反应后立即用有机树脂保护起来，该有机树脂层即为一次涂覆（抗微弯、低温性能好）1.对一次涂覆材料的要求 与光纤有良好的附着性 固化速度与拉丝速度相适应 在光纤表面形成均匀的涂层 涂覆层化学稳定性、热稳定性较好 高的弹性模量及比光纤大的伸长率 不使光纤的损耗大2.一次涂覆材料 热固化树脂硅橡胶、硅树脂、环氧树脂 UV固化树脂丙烯酸酯类（室外）3一次涂覆技术毛毡法、滴涂法、上拉法、模具法（现一般采用）4.涂层质量的影响因素 光纤有磨损涂覆后有杂质 涂覆层是否有偏心聚珠现象损耗大5. 涂层厚度 热固化树脂30150um厚度（变性硅酮树脂（比包层折射率大） 100um厚（普通硅酮树脂） UV固化树脂250500um三、强度筛选图3_3 光缆种类与特点一、 按网络层次分核心网长途、几十芯、室外、直埋居多中继网几十芯到上百芯、架空、管道或直埋、市话局之间或长途局与市话局之间接入网端局与用户之间（馈线、配线、引入线二、按光纤在缆芯中状态分：松套、紧套、半松半紧三、按光纤形态分：分离式、光纤束、光纤带四、按缆芯结构分：层绞式、骨架式、中心束管式五、按敷设方式分：架空光缆（耐环境性能和耐电痕）、管道（抗压性）、直埋、水底、隧道（耐冲击）六、按使用环境分1.室内光缆紧套居多，柔软性、阻燃、非金属（P285287）2.室外光缆3.特种光缆 海底光缆：有较大的抗张强度；长期稳定和防水性；传输特性优良；大多数用铠装1. 浅海光缆500m 双层钢丝铠装（船锚等外力很多）2. 中海光缆 5001000m 单层钢丝铠装3. 深海光缆1000m 无铠装或单层钢丝铠装（防水钢管：防水/机械保护） 电力光缆：OPGWADSSGWWOP 光电混合缆； 军用光缆：柔软要求较强，紧套，芳纶 其他特种光缆：1.防鼠防蚁特种光缆；2.防辐射；3.阻燃光缆（室内LSZH）（Mg(OH)2,AL(OH)3）七、防水材料种类：湿式、干式、半湿半干八、光缆型号命名（P326）3_4 光缆的生产工艺光纤着色1. 定义：在本色光纤表面涂覆某种涂料并经过固化使之保持较强附着力的过程2. 着色方法：独立着色3. 着色要求：1.颜色鲜明、易区分；2.不易脱落，有较强的吸附力（固化速度）；3.与油膏的相容性好；4.着色层均匀（不均匀的话，机械强度和微弯损耗）；4.设备：着色机；5.着色油墨：1.复印油墨；2.紫外固化油墨丙烯酸基油墨（光引发剂、树脂、颜料）二次涂覆（套塑）：保护光纤的一次涂覆层，提高光纤的机械强度，并给予光纤径向的保护一、紧套1.紧套光纤的两种结构一种是将250um光纤直接紧套成900um；二种是先由250um光纤外涂覆一层缓冲层(厚度在100150um)，在紧套至900um 2.紧套光纤生产线及设备（299） 光纤预热器：太高的话，一次涂覆层会松弛对光纤形成轴向拉伸力3.紧套光纤的生产工艺参数1.材料 提高低温特性和抗微弯性能 硅酮树脂，PVC（70干燥），丙烯酸酯类，尼龙12（80）2.模具 拉管式3.挤塑机机头真空度和出口温度要严格控制4.水槽温度（T度水槽，分阶段冷却，温水槽3045，冷水槽14205.预热器的温度4.影响紧套光纤的质量因素1.温度特性抗微弯损耗 措施：1.材料，选择和SiO2的线性膨胀系数相接近的材料，但膨胀系数太小，抗侧压性能下降，需综合考虑 2.控制水槽的温度，分阶段冷却，消除残余应力 3.减小涂覆层的横截面积二、并带工艺1.定义及色带的排列定义：将若干根光纤按照色谱有序的排列在一起进行粘结的过程；色谱排列 （见297页）没有本色光纤，将废光纤当填充芯带2.光纤带的结构一种是边粘型 厚度280300um, 成本低，微弯性能比较差，耐压性能不是很好二种是包封型 厚度380400um，项目边粘型包封型抗微弯型差强抗侧压型差强密集性高稍弱成本低高工艺成本难易3.光纤带生产的主要控制参数1.放线张力，5060g5g，边纤张力中间2.着色光纤张力与固化度：257um(太大，防止穿线堵模) 95%以上（防止撕开光纤带时将光纤着色层剥离）3.生产线速度，与印字机速度相匹配保证印字清晰（300m/min）4.涂覆器中树脂和模具的温度（4560）5.收线张力（100120g）(过大的话，衰减增大；过小的话，跳线)4.并带生产线的设备并带机 材料：丙烯酸酯，PE三、松套1.套塑工艺2.控制参数：1.传输性能；2.套管的几何尺寸 外径：212根（1.83.0mm），壁厚：0.3mm; 3.光纤余长：（光纤长度套管长度）/套管长度*100% 热松弛法（温差法，通过松套管进过不同的温度区、套管收缩）和弹性拉伸法（通过受力形成一定的余长）l 余长的影响因素：正值：提高高温强度；负值：降低低温附加损耗l 放线张力的影响 ：设放线张力为FC 光纤的弹性模量E=7*106g/mm2 光纤束（带）的等效半径 d=1.16 FC=E C S 张力越大， 余长越大 余长=C/套管长度*100%l 冷却水温差的影响：设冷热水的温度差为T， 见书上302页 余长=l 双牵引生产速度的影响：速度大的话，温差会变大，因此余长会变大l 单牵引生产速度及缠绕圈数的影响 设牵引轮的直径为D，松套管直径为d 壁厚为 光纤数n，光纤外径df 松套管在牵引轮上绕的圈数为NlP=N*（D+d）lF= N*（D+2+1.16*df）余长= 例题：牵引轮直径D=800mm，d=2.5mm, =0.5mm, df =252um,n=12 求光纤余长 (-0.6%)l 阻水油膏粘度的影响余长= 层绞式：0.3%0.75% 中心管式：0.15%0.25%测量方法：在线测，手工测量，拉伸试验4. 阻水油膏的填充成缆工艺4. 成缆加强件：决定了光缆承受拉伸负荷的能力要求：1.弹性模量高些，2.线性膨胀系数小（与光纤匹配），3.比重小，4.弯曲性好，5.性能要稳定常用材料的性能材料比重（g/cm3）E(uN/m2)抗拉强度%钢丝7.8619.3105301041.210-5225聚酯单丝1.381.41.6104791021.210-4615芳纶纤维1.451310430102-1.110-62FRP2.489104301021.910-63结构：内加强件和外加强件2.成缆工艺绞合方式：SZ绞：绞合节距不容易控制 S绞和Z绞护套工艺1.护套的作用（308页）2.护套的要求：1.完全密封，防止潮气进入；2.尺寸精确，内表面要光滑（防止与缆芯产生摩擦）；3.连续长度生产；4.生产过程中不损坏光纤l 阻水工艺：湿式油膏 干式阻水带或阻水带（吸水膨胀的一种树脂）l 纵包工艺：阻水带，复合带l 挤塑外护套l 铠装，纵包和绕包，钢丝（抗拉），钢带（抗压），l 外护套3_5 光纤的接续一、 接续要求l 连接损耗要小l 连接处的机械强度要高l 尺寸小，重量轻l 重复性好（快速连接器）二、 产生损耗的原因1 结构因素：1.芯位匹配；2.折射率分布失配或数值孔径失配；3.纤芯不同心；4.菲涅尔反射损耗2 工艺因素的影响：1.轴向倾角；2.横向偏移；3.端面间隙过大（活动式连接产生的，中间有空间，折射率与光纤不同）；4.端面不平整（产生散色）三、 常用连接方法1. 永久性连接：1.熔接法：（电弧法）；2.粘接法（粘结剂的折射率与纤芯尽量一致）2. 活动性连接：光纤连接器本章小结1. 光纤、光缆的生产工艺过程2. 四种气相工艺3. 拉丝后立即一次涂覆的原因4. 套塑的目的和结构形式5. 光纤余长6. 光缆使用加强件的原因7. 光缆的分类8. 光缆的型号规格9. 光纤的接续方法10. 光纤产生连接损耗的原因第四章 光纤传输特性的测试基准法完全按定义进行测试方法替代法在某种意义和定义相一致的方法（存在偏差时，以基准法为准）4_1 光纤测量的注入条件一、 多模光纤的注入条件注入方式两种：满注入（激励起所有的模式，测色散）和限制注入（只激励起低次模，测损耗）注入系统的组成：扰模器、滤模器、包层模剥除器。1. 扰模器使模迅速达到稳态分布；2. 滤模器使模滤除瞬态模和不需要的传导模3. 层模剥除器消除包层膜的作用（匹配液的折射率大于包层的折射率）二、 单模光纤的注入条件能激励起基模，不需要扰模器只需滤模器和包层剥除器4_2 光纤损耗特性的测试衰减的三种测试方法见书178页基准法：截断法插入法和后向散色法：替代法一、 截断法仪器简单、精度高、具有破坏性、不能在现场使用偏置电路电源斩波器注入系统光电检测器锁相放大器光功率器二、 插入法具有非破坏性，使用简单、用短光纤三、 后向散射法非破坏性，可单端测试原理：设光纤的输入光功率为Po,在传输L距离Pl(求衰减公式中的P2) ，设散射系数为S（L），则在输入端接受到的散射光功率为当L=0时，S(L)=S(0),假设光纤是均匀的，那么S(L)=S(0)，则当L=0时，则光时域反射计原理图（略）对故障点的定位脉冲发生器光源光耦合器被测光纤光耦合器光电检测器放大器信号处理器数据输出装置脉冲发生器主时钟信号处理装置示波器L=0.5*vt=0.5*cn1*t（见书184页）例：某光纤出现故障，用OTDR仪进行测量，测得光脉冲从光纤始端返回到始端的时间为3us,已知光纤纤芯折射率为n=1.46，问此故障点距离始端距离有多长？光的速度3*108m/s (308m，代入上述公式)4_3 光纤色散特性的测试多模光纤 模式色散（决定作用）、材料色散、波导色散用带宽来描述色散特性单模光纤 材料色散占主导作用用色散系数来描述一、多模光纤的带宽及测量方法假设光纤输入、输出光脉冲波形符合高斯分布脉冲展宽 输入光功率和输出光功率分别为P1(f), P2(f)则响应特性为当响应特性=1/2时，对应的f值即为带宽-6dB的电带宽=-3dB的光带宽光带宽1.时域法（基准法）脉冲发生器（调制光源）光源注入系统放大器短光纤光电检测器取样示波器（与脉冲发生器的光源做个校正）将被测光纤的数据做为P2，将短光纤的数据作为P1原理：测输入和输出的脉冲宽度来算出来的进行比较2频域法（基准法）扫频信号发生器光源注入系统光放大器短光纤光电检测器频谱分析仪方法和原理原理：靠百度三、 单模光纤的色散系数的测量各种光纤波长色散系数计算（见194页）1 相移法（基准法）（195）原理：设正弦信号的频率为f,光纤长度为L，不同波长的输入信号为i(i=1,2,3,)f作为参考信号，i和f传输距离L后的时延差为ti,相位差为ii代入194页的公式中相移法的原理图（196页）2.脉冲时延法（替代方法）直接从取样示波器上得出原理与上面的一样