国内外光纤光缆现状及发展趋势分析11

1、国内外光纤光缆现状及发展趋势分析光缆通信在我国已有20多年的使用历史,这段历史也就是光通信技术的发展 史和光纤光缆的发展史。光纤光缆在我国的发展可以分为这样儿个阶段:对光缆 可用性的探讨；取代市内局间中继线的市话电缆和PCM电缆；取代有线通信 干线上的高频对称电缆和同轴电缆。这两个取代应该说是完成了;现正在取代接 入网的主干线和配线的市话主干电缆和配线电缆，并正在进入局域网和室内综合 布线系统。LI前，光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域，包括邮电通信、广 播通信、电力通信和军用通信等领域。1光纤符合I TU-T G.652. A规定的普通单模光纤是最常用的一种光纤。随着光 通信系统的发展，光

2、中继距离和单一波长信道容量增大,G.6 5 2. A光纤的性能 还有可能进一步优化，表现在1 550nm区的低衰减系数没有得到充分的利用和光 纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。符合ITU-T G.654规定的截止波 长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。 G.653光纤虽然可以使光纤容量有所增加，但是，原本期望得到的零色散因为不 能抑制四波混频，反而变成了采用波分复用技术的障碍。为了取得更大的中继距离和通信容量，采用了增大传输光功率和波分复用、密 集波分复用技术，此时，传输容量已经相当大的G. 65 2普通单模光纤显得有 些性能不足，表现在偏振模色散(PM

3、D)和非线性效应对这些技术应用的限制。在 10Gb/s及更高速率的系统中，偏振模色散可能成为限制系统性能的因素之一。光纤的P MD通过改善光纤的圆整度和/或采用“旋转”光纤的方法得到了改善, 符合ITU-T G.652. B规定的普通单模光纤的PM D Q通常能低于0. 5 ps/km1/2,这意味着STM-64系统的传输距离可以达到大约4 0 0km。G.6 52. B光 纤的工作波长还可延伸到16 0 Omn区。G.652.A和G. 6 52.B光纤习惯统称为 G. 652光纤。光纤的非线性效应包括受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制、互相位 调制、四波混频、光孤子传输等。为了增大系统

4、的中继距离而提高发送光功率， 当光纤中传输的光强密度超过光纤的阈值时则会表现出非线性效应，从而限制系 统容量和中继距离的进一步增大。通过色散和光纤有效芯面积对非线性效应影响 的研究，国际上开发出满足I TU-T G.655规定的非零色散位移单模光纤。利 用低色散对四波混频的抑制作用，使波分复用和密集波分复用技术得以应用，并 且使光纤有可能在笫四传输窗口 1600nm区(1565 nm-162 0 n m)工作。目前， G.6 5 5光纤还在发展完善，已有TrueWa ve、LEAF、大保实、TeraLight、 P ur e Guide. MetroCor等品牌问世，它们都力图通过对光纤结构和

5、性能的细 微调整，达到与传输设备的最佳组合，取得最好的经济效益。为了在一根光纤上开放更多的波分复用信道，国外开发出一种称为“全波光纤” 的单模光纤,它属于ITU-T652.C规定的低水吸收峰单模光纤。在二氧化硅系光 纤的谱损曲线上，在第二传输窗口 1310nm区(1 2 80nm-l 3 25nm)和笫三传输窗 口 1550nm区(13 8 0nm-1565nm)之间的1 3 8 3nm波长附近，通常有一个水吸 收峰。通过新的工艺技术突破，全波光纤消除了这个水吸收峰，与普通单模光纤 相比，在水峰处的衰减降低了 2/3,使有用波长范围增加了 100nm,即打开了第五 个传输窗口 1400nm区（

6、即1 35 0 nm-1 4 50nm区），使原来分离的两个传输窗口 连成一个很宽的大传输窗口，使光纤的工作波长从128 On m延伸到1 6 2 5nm。为了提高光缆传输密度,国外开发了一种多芯光纤。据报道，一种四芯光纤的玻 璃体部分呈四瓣梅花状，涂覆层外形为圆形，其外径与普通单芯光纤相同（见图 I a）。光纤的折射率分布采用突变型时，光纤的平均衰减在1310 n m波长上为0 . 3 75+0.01 d B/km；在 1550nm 波长上为 0.225+ 0 . 0 Id B / km。这种光纤的接 头采用硅棒加热可缩套管的方法（见图lb）,其接头损耗的平均值为0.17dB,标准 偏差为O

7、.lOdBo2核心网光缆我国已在干线（包括国家干线、省内干线和区内干线）上全面采用光缆，其中 多模光纤已被淘汰,全部采用单模光纤，包括G.65 2光纤和G. 65 5光纤。G.6 5 3光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。G.6 54光纤因其不能很大 幅度地增加光纤系统容量，它在我国的陆地光缆中没有使用过。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干线光缆主要用于室外，在这些光缆中，曾经使用过的紧套层绞式和骨架式结 构，LI前已停止使用。当前我国广泛使用的干线光缆有松套层绞式和中心管式两 种结构，并且优先采用前者。松套层绞式光缆采用SZ绞合结构时的生产效率高, 便于中间分线，同时也能使光

8、缆取得良好的拉伸性能和衰减温度特性,LI前它已 获得广泛采用。骨架式光缆的设计原理虽然和松套层绞式光缆相似，但是LI询的实际工艺技术 难以实现这一设讣訂标，使光缆拉伸性能难于达到规定的要求。这一点已为国内 有关的光缆产品检测所证实，为此.U前我国的干线网已不再使用骨架式光缆。在长途线路中，山于距离长、分支少，光缆在系统中所占费用比例相对较高。因 此,干线光缆将通过采用G.6 5 5光纤和波分复用、密集波分复用技术来扩大容量。 光缆本身的基础结构己相对成熟，不会有大的改变。但是，光缆的某些防护结构 和性能仍有待开发完善。例如，全介质光缆具有众所周知的优良防雷和防强电的 性能，但它的直埋结构和防鼠

9、性能始终不尽人意,是值得开发的课题。据国外报道,采用玻纤增强塑料圆丝销装结构和外护层中夹入玻璃纱层的结 构，或者在护套料中掺杂0.4%的驱兽剂微囊，都能取得良好的防鼠效果。海底光缆所受机械力，特别是拉力的作用，往往比陆地光缆要严峻得多。为 此,海底光缆结构适应性的研究，以及光缆加强构件蠕变问题的研究，对确保光纤 光缆的安全使用都是很重要的。据报道，针对使用环境条件开发了某些实用产品, 例如,8 000m深海用的轻型光缆,2 000 m深海、有船只拖挂危险地区用的轻铠光 缆，1 5 00m深海、多岩石、有船只拖挂危险地区用的单铠光缆,40 0m深海、多 岩石、多浪、有船只拖挂危险地区用的单铠光缆

10、，200m深海、多岩石、易磨损 和压碎、有船只拖挂危险地区用的专门铠装光缆，以及防鲨鱼用的特殊光缆。光纤的氢损问题在海底光缆中更加引入关注。据报道，普通单钢丝铠装和双 钢丝铠装的光缆，经8- 1 0年之后，在155 0 nm波长上可测试到0. 0 1-0 .O4dB / km的氢损。在光缆填充物中加入吸氢材料和采用金属密封管作松套管，则没 有出现光纤的氢损现象。3接入网光缆接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁,为了增加网的容量，通常是增加光 纤芯数。特别是在市内管道中，山于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加 光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。接入网使用G. 652普通单

11、模光纤和G. 6 5 2.C低水峰单模光纤。低水峰单 模光纤适合于密集波分复用,U前在我国已有少量的使用。接入网用光缆中广泛釆用光纤带型式，它可使光缆适应芯数大和光纤集装密 度高的要求，而且可以通过光纤带整带接续的方式提高光缆接续效率。但是，在 小芯数光缆情况下，也直接采用分立的光纤。山于光纤带光缆中光纤集装密度增大，可能损害光缆的拉伸性能和衰减温度 特性，以及有可能损害光纤的传输衰减。因此，在获得大芯数、小外径要求的同 时，光纤带光缆还有许多课题值得研究。接入网光缆主要用于室外,目前有松套层绞式、中心管式和骨架式三种类型。 虽然这些结构在国内都得到应用，但是都还需要在获得高集装密度、小尺寸、

12、良 好性能、便于制造、低成本和便于使用（例如便于分线和下线）等方面经受考验。在中心管式光缆中，为了获得更大的芯数，往往采用增大光纤带芯数的方法， 例如，采用2 4芯光纤带。据报道:采用2 4芯光纤带生产864芯的光缆，可以作到 大于LI前正式采用的1 0 0 0芯骨架式光缆的集装密度。这种24芯光纤带由两根 12芯子带构成，要求既要保持整带的稳定和牢固，乂要易于手工分成两根结构 独立完整的12芯带，便于整带熔接。松管结构中的光纤与松管壁之间有较大的空隙。据国外报道，如果采用柔软聚 氯乙烯制造的半紧套管集装1 2根光纤，管外径为1 .4mm,壁厚为0.2mm,则管 子的截面积只有常规松套管的大约

13、30%。不用中心加强构件，用螺旋绞或SZ绞 方式把12根这样的半紧套管绞合成缆芯,然后在缆芯外加上中心管式结构的护套, 构成144芯光缆。这种光缆适合于在管道内用牵引方法或气送方法安装。国外H前实际使用的骨架式光缆的最大芯数为1 0 00芯，在它的骨架上有I 3 个槽，共可放入125根8芯光纤带，这种8芯带可以方便地分成两个4芯带。近 年来，骨架式光缆在减小光缆外径和重量、增加光缆的柔软性和改善光缆使用性 能方面，也不断有所探讨和报道。最早的骨架式光纤带光缆采用螺旋槽结构，为了 和松套SZ层绞式光缆一样便于下线，骨架式光缆也推出了 SZ槽结构。光纤带 在其厚度方向极易弯曲，在其宽度方向很难弯曲

14、,即使强迫在宽度方向弯曲，则 一定会使光纤带发生折转，同时会使光纤带两边的光纤产生一定的应力。据报道, 通过采用专门的骨架槽截面的设讣，可以适应光纤带的这种折转。近年来在减轻 光缆重量方面也有一些探索，为了减少加强构件重量而采用非金属FRP加强构件 代替钢绞线；为了减少光缆重量而干用内层为泡沫聚乙烯外层为实心聚乙烯的骨 架和全部为泡沫聚乙烯的骨架，但为了保持骨架槽的内壁表面光滑,这两种骨架中 釆用内层为泡沫聚乙烯外层为实心聚乙烯的骨架更适用。4室内光缆室内光缆往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。并U还可能用于遥 测与传感器。国际电丄委员会（IEC）在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至

15、少应包 括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。局用光缆布放在中心局或其他电信机房 内，布放紧密有序和位置相对固定。综合布线光缆布放在用户端的室内，主要山 用户使用，因此对其易损性应比局用光缆有更严格的考虑。多模光纤虽然不再用于核心网和接入网,但芯径/包层直径为62.5 / 1 25pm的 渐变型多模光纤在室内综合布线中仍有较多的应用，今后也可能应用50/ 125p m渐变型多模光纤。这种情况与综合布线系统的现有技术状况有关，随着单模光 纤系统的发送模块、接收模块和相关设备成本的降低，本身价廉的单模光纤仍然 有可能取代综合布线用的多模光纤。随着我国FTT H、FTTC系统的采用和各种要求的智能大厦

16、的建设，要求越来 越多的室内光缆产品投入应用。LI前所用的综合布线光缆芯数较小、缆芯不填充 油膏、防火性能要求只限于阻燃或不延燃，这些光缆在品种、结构和性能等方面 还急需进一步开发、完善和提高。在布线光缆所用的光纤类型方面,国外正在探索采用多芯光纤，例如前面提到的 四芯光纤，这样可使光缆外径小、重量轻、柔软性好。室内光缆的防火性能应是基本要求之一。传统的PVC护套虽具有耐延燃性, 但其防潮性能较差，不宜用于室外。据报道，国外已开发了室内室外兼用的引入 光缆或下杆光缆，它们既能耐室外低温和紫外线辐射、乂能阻燃和便于弯曲布线。 这种光缆采用PVC紧套光纤、吸水膨胀粉干式阻水和低烟无卤阻燃护套。随着

17、通信业务的急剧增加，局内光缆布线的芯数将增加数倍，减小尾缆的直 径，以便在有限的机房空间内布放更多的终端模块，就显得很重要。据国外报道, 为了适应机房内的这种要求，已开发了两种微型光缆，一种的外径接近普通紧套 光纤外径，为1mm；另一种的外径与普通的涂覆光纤一样,为0.2 5 mm。外径 1mm的光缆（见图3）,其结构与常规单芯光缆相似，采用0.5mm直径的UV 固化的二次涂覆光纤、芳纶纱加强和聚酰胺护套。外径0 .25mm的光缆，第一种 结构与常规的紧套光纤相似，釆用涂覆光纤和山UV固化树脂涂覆的加强构件组 成的外套（见图4a）;另一种采用涂覆光纤和由的12根层绞钢丝与UV固化树脂 组成的外

18、套（见图4b）。据报道，还开发了一种单芯矩形软线和山这种软线构成 的8芯软线（见图5） o 8芯软线由8根单芯软线并列再加上总护套构成，乂可 方便地再分成8根单芯软线。5电力线路中的通信光缆光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。这样的全介质光缆将是 电力系统最理想的通信线路。用于电力线杆路敷设的全介质光缆有两种结构：即 全介质自承式（ADSS）结构和用于架空地线上的缠绕式结构。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，在当前我国电力输电系统改造中 得到了广泛的应用。国内已能生产多种ADS S光缆满足市场需要。但在产品结 构和性能方面，例如大志数光缆结构、光缆蠕变和耐电弧性能等方面，还有待进 一步完善。ADSS光缆在国内的近期需求量较大，是LI前的一种热门产品。缠绕式光缆通常芯数较少,因其布放方法需要专门工具，比较麻烦，在我国似 无需求