国内外光纤光缆现状及发展趋势分析

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几个阶段： 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。目前，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 ITU-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

2、通信 系统的发展，光中继距离和单一波长信道容量增大 ,G.652.A 光纤的性能还有可能 进一步优化， 表现在 1550nm 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.652 普通单模光纤显

3、得有些 性能不足，表现在偏振模色散（ PMD ）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 PMD 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 PMDQ 通常能低于 0.5pskm1/2，这意味着 STM-64 系统的传输距离可以达到大约 400km。G.652.B 光纤的工作波 长还可延伸到 1600nm区。 G.652.A和 G.652.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、

4、 互相 位调制、四波混频、光孤子传输等。为了增大系统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 ITU-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 光纤有可能在第四传输窗口 1600nm 区( 1565nm-1620nm)工作。目前， G.655 光纤还在发展完善，已有 TrueWave、LEAF 、大保实、 TeraLight、PureGuide、 M

5、etroCor 等品牌问世，它们都力图通过对光纤结构和性能的细微调整，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-T 652.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( 1280nm-1325nm)和第三传 输窗口 1550nm区( 1380nm-1565nm)之间的 1383nm 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 23，使有用波长范围增加了

6、 100nm，即打开了第五个传输窗口 1400nm 区(即 1350nm-1450nm 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 1280nm 延伸到1625nm。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 1a）。光纤的折射率分布采用突变型时，光纤的平均衰减在 1310nm 波长上为 0.375 0.01dBkm；在 1550nm波长上为 0.225 0.01dBkm。这种光纤的接头采 用硅棒加热可缩套管的方法（见图 1b），其接头损耗的平均值为

7、 0.17dB，标准 偏差为 0.10dB。2 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.652光纤和 G.655 光纤。G.653 光纤虽然在我国曾经采用过，但今后不会再发展。 G.654 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，目前已停止使用。 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

8、时的生产效率 高，便于中间分线， 同时也能使光缆取得良好的拉伸性能和衰减温度特性， 目前 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， 但是目前的实际工艺技 术难以实现这一设计目标， 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 .目前我国的干线网已不再使用骨架式光缆。在长途线路中，由于距离长、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.655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

9、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， 8000m深海用的轻型光缆， 2000m 深海、有船只拖挂危险地区用的轻 铠光缆， 1500m深海、多岩石、有船只拖挂危险地区用的单铠光

10、缆， 400m 深海、 多岩石、多浪、有船只拖挂危险地区用的单铠光缆， 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8-10年之后，在 1550nm波长上可测试到 0.01-0.O4dBkm 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， 由于管道内径有限， 在增加光纤芯数的同时 增加光缆的光

11、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普通单模光纤和 G.652.C低水峰单模光纤。 低水峰单模光纤适合于密集波分复用，目前在我国已有少量的使用。接入网用光缆中广泛采用光纤带型式， 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由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

12、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、 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 24 芯光纤带。据报道：采用 24芯光纤带生产 864芯的光缆，可以作 到大于目前正式采用的 1000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，又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

13、半紧套管集装 12 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 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。国外目前实际使用的骨架式光缆的最大芯数为 1000 芯，在它的骨架上有 13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

14、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，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计， 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 种骨架中采用内层为泡沫聚乙烯外层为实心聚乙烯的骨架更适用。4

15、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。 并目还可能用于 遥测与传感器。国际电工委员会（ IEC）在光缆分类中所指的室内光缆，笔者认为至少应包 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， 主要由 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 62.5125m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50125m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

16、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 FTTH 、FTTC 系统的采用和各种要求的智能大厦的建设，要求越 来越多的室内光缆产品投入应用。 目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

17、， 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、 又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 0.25mm。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

18、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， 采用涂覆光纤和由 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 脂组成的外套（见图 4b）。据报道，还开发了一种单芯矩形软线和由这种软线 构成的 8 芯软线（见图 5）。8 芯软线由 8 根单芯软线并列再加上总护套构成， 又可方便地再分成 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 ADSS 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， 还有待进步完善。 ADSS 光缆在国内的近期需求量较大，是目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 似无需求和生产。 据国外报道