光网络技术讲座光纤光缆部分PPT学习教案

1、会计学1光网络技术讲座光纤光缆部分光网络技术讲座光纤光缆部分1.光纤的定义光纤的定义：光纤是由高纯透明材料组成的光传输媒质。光纤是由高纯透明材料组成的光传输媒质。2.光纤材料：光纤材料：石英玻璃、塑料、晶体石英玻璃、塑料、晶体.。3.石英玻璃：石英玻璃：1.优点：优点：优秀的光学、力学和化学性能，良好的加工性能，极好的温度稳优秀的光学、力学和化学性能，良好的加工性能，极好的温度稳定性能、重量轻、抗电磁干扰。定性能、重量轻、抗电磁干扰。 注意：光纤重量：注意：光纤重量：27g/km，温度变化（，温度变化（40C-20C）光纤长度变化）光纤长度变化1.1cm。2.缺点：缺点：容易发生脆性断裂。容易

2、发生脆性断裂。性能性能单位单位数值数值密度密度G/cm32.2杨氏模量杨氏模量N/mm272900剪切模量剪切模量N/mm233000热膨胀系数热膨胀系数K-15.510-7第1页/共40页不同传输系统需要使用不同的种类光纤不同传输系统需要使用不同的种类光纤光纤分类光纤分类 光纤类型光纤类型 G.652G.652A A、B B、C C、D D G.653G.653 G.654G.654 单模光纤单模光纤 G.655AG.655A、B B、C C G.656G.656 数据光纤（数据光纤（62.562.5m m） 多模光纤多模光纤 G.651G.651 第2页/共40页光纤基本结构设计光纤基本结

3、构设计G.651G.652G.655第3页/共40页光纤制造方法光纤制造方法1.关键技术关键技术 1）.高纯度：高纯度：光纤材料要达到高纯度光纤材料要达到高纯度 99.9999%。 2）.高精度：高精度：精确控制光纤折射率分布和几何尺寸。精确控制光纤折射率分布和几何尺寸。2.光纤结构光纤结构 纤芯：纤芯：SiO2+GeO2 包层：包层：SiO2+F3.制造方法制造方法1）工艺步骤：先制棒，后拉丝。）工艺步骤：先制棒，后拉丝。2）制棒方法：）制棒方法：精确控制光纤折射率分布。精确控制光纤折射率分布。 外部气相沉积法：外部气相沉积法：OVD 内部气相沉积法内部气相沉积法 : MCVD、PCVD 轴

4、向气相沉积法：轴向气相沉积法：VAD3）拉丝工艺要点：）拉丝工艺要点：棒变为丝，保护光纤强度（预涂覆），提高拉丝速度。棒变为丝，保护光纤强度（预涂覆），提高拉丝速度。第4页/共40页光纤的四大性能光纤的四大性能第5页/共40页几何尺寸定义几何尺寸定义1、模场直径、模场直径(MFD) 2： MFD表示的是在光纤剖面中基模的电磁表示的是在光纤剖面中基模的电磁场强度的横向分布的度量，如场强度的横向分布的度量，如G.652光纤（光纤（8.69.5） 0.7m 。模场模场直径越小，模场能量越集中，单模光纤抗微弯性能越强，但是耦合起来更困难直径越小，模场能量越集中，单模光纤抗微弯性能越强，但是耦合起来更困

5、难。2、包层直径：、包层直径：定义包层中心圆的直径，如定义包层中心圆的直径，如1251m。3、包层不圆度：、包层不圆度：由包层容差范围定义的两个圆直径之间的偏差除由包层容差范围定义的两个圆直径之间的偏差除以包层直径，如以包层直径，如2%。4、芯同心度误差：、芯同心度误差：纤芯中心与包层中心之间的距离，如纤芯中心与包层中心之间的距离，如0.8 mEr第6页/共40页第7页/共40页O-BANDE-BANDS-BAND C-BAND L-BANDU-BAND1260136014601530156516251675第8页/共40页波段波段 波长波长(nm) 使用光纤使用光纤 应用系统应用系统 (第一

6、传输窗口第一传输窗口)850G.651单通道单通道 O-band(Original band) 12601360 G.652AG.652B 单通道、单通道、WDM E-band(Extended band) 13601460 G.652CG.652DCWDM S-band(Short band) 14601530 G.655A G.655B G.655DG.656将来的将来的DWDM C-band(Conventional band) 15301565DWDM/CWDML-band(Long band) 15651625 DWDMU-band (Ultra-long band) 1625167

7、5 第9页/共40页第10页/共40页光纤衰减：光纤衰减：衰减系数衰减系数：单位长度光纤引起的光功率衰减。单位长度光纤引起的光功率衰减。 =-10log(P出出/P入入)n是与波长有关的系数是与波长有关的系数n 可以评定光纤质量可以评定光纤质量n确定光纤通信系统的中继距离确定光纤通信系统的中继距离 纤纤芯芯芯芯 7 7 8 8 微微米米 包包层层 1 12 25 5 微微米米 光纤衰减光纤衰减第11页/共40页吸收衰减吸收衰减散射衰减散射衰减光纤微弯衰减和接头衰减光纤微弯衰减和接头衰减材料固有吸收材料固有吸收杂质吸收杂质吸收瑞利散射瑞利散射光纤结构不完善散射光纤结构不完善散射紫外吸收紫外吸收红

8、外吸收红外吸收氢氧根吸收氢氧根吸收过渡金属离子吸收过渡金属离子吸收光纤光纤衰减衰减衰减的来源衰减的来源第12页/共40页jfCPceRsMPMPPL2maxqPs 发送机在发送机在S点最小平均发送光功率（点最小平均发送光功率（dBm）；）；qPR 接收机在接收机在R点最差灵敏度（点最差灵敏度（BER=10-12时）时）(dBm)；qMe 设备富余度，一般取设备富余度，一般取3dB，在光接口参数中已考虑；，在光接口参数中已考虑；qPP 最大光通道代价最大光通道代价(dB)；q c 光纤连接器损耗，通常一个中继段两端各光纤连接器损耗，通常一个中继段两端各1个连接器，损耗个连接器，损耗0.5dB/个

9、；个；q f 光纤衰减，光纤衰减系数为：光纤衰减，光纤衰减系数为：q1310nm f0.36dB/kmq1550nm f0.22 dB/km；q j 光纤接头损耗，通常取平均光纤接头损耗，通常取平均1.85km 一个接头，接头平均损耗一个接头，接头平均损耗0.08dB/个，个，则则 j 0.08/1.850.043dB/km；qMc线路富余度，每个中继段取线路富余度，每个中继段取3dB，也可按，也可按Mc取取.050.1dB/km固定值固定值或由光缆或由光缆线路决定线路决定需进行光功率放大和补偿需进行光功率放大和补偿掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器喇曼光放大器喇曼光放大器第13页/共40页第14页

10、/共40页色散、色度色散（色散、色度色散（波导色散和材料波导色散和材料色散）色散）、偏振、偏振色散色散 色散系数色散系数D( )：指光源谱宽和单位长度光纤的色度色散，其单位是指光源谱宽和单位长度光纤的色度色散，其单位是ps/(nm.km)。 零色散波长零色散波长 0：当波导色散与材料色散在某各波长互相抵消，使总的色当波导色散与材料色散在某各波长互相抵消，使总的色度色散趋近于零时，该波长即为零色散波长。度色散趋近于零时，该波长即为零色散波长。 零色散斜率零色散斜率S0：在零色散波长在零色散波长 0处色散系数随波长变化的斜率即为处色散系数随波长变化的斜率即为S0第15页/共40页1.系统总色散的计

11、算系统总色散的计算 d = 色散色散(ps/nm/km)x距离距离(km)x谱宽谱宽(nm)例如，一个工作在例如，一个工作在1550 nm的系统，当的系统，当色散系数为色散系数为17 ps/nm/km并传输并传输100 km，激光器的谱宽为，激光器的谱宽为6 nm时，系统的时，系统的总色散是总色散是10200 ps。2.色散受限距离的估算色散受限距离的估算 Ld =DSR/Dm DSR S-R之间的允许的最大之间的允许的最大光纤色散系数（查阅光纤色散系数（查阅G957、G.691规定）规定），Dm光纤色散系数光纤色散系数3.工程色散受限工程色散受限距离近似计算距离近似计算 ：采用单纵模激光器系

12、统采用单纵模激光器系统 Ld =71400 / （Dm 2B2） ：啁啾系数，：啁啾系数， ：工作波长；：工作波长；B：信道速率；：信道速率； Dm ：光纤色散：光纤色散系数系数系统光传输设计系统光传输设计色散受限距离色散受限距离第16页/共40页第17页/共40页第18页/共40页 PMD的成因的成因内在因素内在因素几何尺寸几何尺寸应力应力应力应力弯曲弯曲扭转扭转外在因素外在因素第19页/共40页解决解决PMD的方法的方法1.内因内因 提高光纤的几何尺寸的制造精度提高光纤的几何尺寸的制造精度2.外因外因 1）减少光缆布放的各种机械应力作用；）减少光缆布放的各种机械应力作用； 2）注意光缆工作

13、环境温度的变化。）注意光缆工作环境温度的变化。光纤类别光纤类别G.652G.655模场直径，模场直径，m8.6-9.50.58.0-110.5包层直径包层直径, m125 1125 1芯同心误差芯同心误差, m0.80.8包层不圆度包层不圆度,%11第20页/共40页第21页/共40页光纤非线性效应光纤非线性效应第22页/共40页 传输信号光强引起的光纤折射率传输信号光强引起的光纤折射率n变化的非线性效应：变化的非线性效应：n= n0 +N2P/Aeff光纤非线性效应光纤非线性效应第23页/共40页第24页/共40页f1 f22f1 - f22f2 - f1f1 f2两个信号的差拍在不同频率上

14、产生谐振两个信号的差拍在不同频率上产生谐振谐振可以导致额外的干涉源，特别同频率对邻近信道谐振可以导致额外的干涉源，特别同频率对邻近信道 (采用不均匀信采用不均匀信道间隔道间隔)。FWM效应的影响取决于信号功率、信道间隔、与效应的影响取决于信号功率、信道间隔、与 0的间隔以及偏振态。的间隔以及偏振态。FWM是是WDM系统的重要非线性损伤。系统的重要非线性损伤。FWM效率效率 1/色度色散色度色散FWM效率效率 1/通道间隔通道间隔 四波混频四波混频第25页/共40页光纤种类光纤种类第26页/共40页第27页/共40页 G651多模光纤：多模光纤：工作波长为工作波长为850nm的的LAN用的多模光

15、纤。用的多模光纤。 G652光纤：光纤：最佳工作波长为最佳工作波长为13100nm的单模光纤：的单模光纤： G652A 、G652B:标准光纤。标准光纤。 G652C、 G652D：低水峰（全波：低水峰（全波 ）光纤。）光纤。 G653光纤：光纤：零色散波长在零色散波长在1.55 m窗口的单模光纤。窗口的单模光纤。 G654光纤：光纤：截止波长在截止波长在1500 nm的海底应用单模光纤的海底应用单模光纤,又称为最低又称为最低衰减单衰减单 模光纤模光纤 。 G655光纤：光纤：在在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色窗口给定波长区间内色散不为零的色 散位散位移移 单模光纤，单模光纤，

16、称为非零色散位移光纤称为非零色散位移光纤 。 G655A ：单信道光纤：单信道光纤(1995) 。 G655B、 G655C ：DWDM光纤光纤(2000.10,2003.1) 。 G656光纤：光纤：使用于使用于DWDM 系统系统S+C+L波带的非零色散位移光纤波带的非零色散位移光纤 。 (2003.10提出，提出，2004.4争取会议同意争取会议同意)。光纤分类方法和具体理光纤分类方法和具体理由由第28页/共40页第29页/共40页光缆设计要点光缆设计要点 保护光纤不受外界机械应力作用：保护光纤不受外界机械应力作用： 根据光缆实用场所选择不同的保护措施，根据光缆实用场所选择不同的保护措施，

17、 如采用中心加强件、加铠装、如采用中心加强件、加铠装、 挤护套、设计合理余长挤护套、设计合理余长； 设法保证光纤避免水的侵蚀设法保证光纤避免水的侵蚀： 采用阻水油膏填充、阻水材料来防止侵入的水沿着光缆纵、采用阻水油膏填充、阻水材料来防止侵入的水沿着光缆纵、径向流动径向流动第30页/共40页中心管式光缆中心管式光缆GYXTWPE护套PSP带钢丝加强件阻水层松套管光纤用填充物UV光纤1允许拉力（允许拉力（N）短期短期1500长期长期6002允许侧压力（允许侧压力（N/10cm）短期短期1000长期长期8003敷设方式敷设方式架空、管道、直埋架空、管道、直埋光缆外径光缆外径10.2mm光缆重量光缆重

18、量120kg/km第31页/共40页层绞式光缆层绞式光缆光缆型号：光缆型号：GYTA、GYTS适用范围：适用范围：架空，管道架空，管道机械机械抗拉强度抗拉强度短期拉伸力短期拉伸力 (N):1500长期拉伸力长期拉伸力 (N):600特性特性抗压强度抗压强度短期侧压力短期侧压力 (N/100mm):1000长期侧压力长期侧压力 (N/100mm):800光缆外径光缆外径:约约 11 12 mm光缆重量光缆重量: 约约 150 180kg/kmUV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外护套中心加强件第32页/共40页 骨架式骨架式 Slotted Core PE外护套外护套铝塑皱纹

19、带铝塑皱纹带包扎带包扎带光纤光纤骨架骨架中心加强件中心加强件光缆芯数光缆芯数4-1000芯芯 光缆外径光缆外径(mm) 17.2-30光缆重量光缆重量(KgKm)120-760弯曲半径弯曲半径(mm)20倍光缆倍光缆外径外径抗张强度抗张强度(N)长期长期600-1000短期短期1500-3000抗侧压能力抗侧压能力(N)3000工作温度工作温度-40 -+70 填充油膏填充油膏第33页/共40页光纤带结构分类和种类光纤带结构分类和种类边粘型：光纤带薄，窄，尺寸小边粘型：光纤带薄，窄，尺寸小包覆型：光纤带厚，宽，尺寸大包覆型：光纤带厚，宽，尺寸大6芯带芯带12芯带芯带24芯带芯带第34页/共40页中心管式光纤带光缆中心管式光纤带光缆 特点：l合理选择成叠光纤带螺旋绞入松套管中的节距，精确控制松套管中成叠光纤带的余长，使光缆具有优良的机械抗拉应变特性和温度特性l144芯以内，光缆横截面相对较小，适宜于管道施工。l松套管位于光缆物理中心，有利于光缆弯曲。PE护套PSP带钢丝加强件阻水层松套管光纤用填充物成叠光纤带1允许拉力（允许拉力（N）短期短期3000长期长期10002允许侧压力（允许侧压力（N/10cm）短期短期3000长期长期10003敷设方式敷设方式架空、管道、直埋架空、管道、直埋光缆外径