光纤通信课件第二章

1、1 2本章内容、重点和难点本章内容 光纤的结构和类型。 光纤的导光原理。 光纤的特性。 光缆的结构和种类。本章重点 光纤的结构和类型。 光纤的特性。 光缆的种类。本章的难点 光纤的导光原理。3学习本章目的和要求 掌握光纤的结构和类型。 了解光纤的导光原理。 掌握光纤的特性。 掌握光缆的结构和种类。4预备知识预备知识1 1、均匀平面波在两理想介质交界面的反射和折射、均匀平面波在两理想介质交界面的反射和折射介质介质n2光疏光疏介质介质n1光密光密n法线方向法线方向折射率折射率n1n21 13 32 2（1）反射定律）反射定律1 1 = = 3 3 入射角等于反射角入射角等于反射角（2）折射定律）折

2、射定律2211sinsinnn（3）全反射全反射 902当时当时c1如果再增大入射角，便只有反射光线，如果再增大入射角，便只有反射光线，没有折射光线，称为全反射现象。没有折射光线，称为全反射现象。52 2、dBdB与与dBmdBm的定义的定义（1 1）dBdB（分贝）（分贝）描述功率的相对值描述功率的相对值在设计和铺设光纤线路时，为了把信号功率与某个功率绝对值在设计和铺设光纤线路时，为了把信号功率与某个功率绝对值或某个噪声进行比较，定义了或某个噪声进行比较，定义了dB。dBPP12lg10功率功率比值10N10210.50.110-NdB10N1030-3-10-10N6（2 2）dBmdBm

3、描述功率的绝对值描述功率的绝对值光纤通信中描述功率绝对值的最常用单位是光纤通信中描述功率绝对值的最常用单位是dBm,以以1 mv为基准，为基准，定义为：定义为：dBmmvP1lg10功率功率(mv)10010210.50.10.01dBm201030-3-10-207 2.1.1 光纤的结构 1. 光纤结构 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图2-1所示。图2-1 光纤的结构8 （1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。 直径d1=4m50m，单模光纤的纤芯为4m10m，多模光纤的纤芯为50m。 纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（

4、n1），以传输光信号。 （2）包层：包层位于纤芯的周围。 直径d2=125m，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。9 （3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。 一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料； 缓冲层一般为性能良好的填充油膏； 二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。 涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常

5、所说的光纤为此种光纤。10 紧套光纤与松套光纤 紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。图2-2 套塑光纤结构11 2光纤的折射率分布与光线的传播 图2-3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。 一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图2-3 （a）、（b）所示。图2-3 光纤的折射率分布12 光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2-5和图2-6所示。图2-5 光在阶跃折射率多模光纤中的传播图2-6 光在渐变折射率多模光纤中的传播13

6、 1.按传输波长分类 可分为短波长光纤和长波长光纤 短波长光纤的波长为0.85m（0.8m0.9m） 长波长光纤的波长为1.3m1.6m，主要有1.31m和1.55m两个窗口。 2.按折射率分布分类可以分为：阶跃型多模光纤（SIF） 渐变型多模光纤（GIF） 单模光纤（SMF）14横截面2a2brn折射率分布纤芯包层AitAot输入脉冲光线传播路径输出脉冲横截面折射率分布输入脉冲光线传播路径输出脉冲50 mm125mmrnAitAot横截面折射率分布输入脉冲光线传播路径输出脉冲10 mm125mmrnAitAot153按套塑结构分类 按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。 二次被覆光纤

7、(芯线)简图 (a) 紧套； (b) 松套； (c) 大套管； (d) 带状线 紧套一次被覆光纤松套大套管一次被覆光纤带状线(a)(b)(c)(d)16 4按传输模数分类 按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。 传播模式概念：当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。如图2-4所示。这些不同的光束称为模式。图2-4 光在阶跃折射率光纤中的传播17 （1）多模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1m），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。如图2-5和图2-6所

8、示。 （2）单模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1 ）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1 在4m10m范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。如图2-7所示。18图2-7 光在单模光纤中的传播轨迹19 5按光纤的材料分类 （1）石英玻璃光纤 二氧化硅 （2）多组分玻璃光纤 二氧化硅、氧化钠、氧化钙等 （3）石英芯塑料包层光纤 工作温度范围-50度+70度 （4）塑料光纤 20 6单模光纤的分类 ITU-T建议规范了G.652、G.653、G.654和G.655四种单模光纤。 （1）G.652光纤 G.652光纤，也称标准单模光纤（

9、SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1 310nm附近的光纤。 它的折射率分布如图2-8所示。图（a）表示的阶跃折射率设计称为匹配包层型，图（b）表示的阶跃折射率设计被称为凹陷包层型。 （2）G.653光纤 G.653光纤也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1 550nm附近的光纤，它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。21图2-8 G.652光纤的折射率22（3）G.654光纤 G.654光纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低1 550nm的衰减，其零色散点仍然在1 310nm附近，因而1 550nm窗口的色散较高。G.654光纤主要应用于海底

10、光纤通信。 （4）G.655光纤 由于G.653光纤的色散零点在1 550nm附近，DWDM系统在零色散波长处工作易引起四波混频效应。为了避免该效应，将色散零点的位置从1 550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1 550nm附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（NDSF）。23 这四种单模光纤的主要性能指标是衰减、色散、偏振模色散（ PMD）和模场直径 。 另：G.653光纤是为了优化1 550nm窗口的色散性能而设计的，但它也可以用于1 310nm窗口的传输。由于G.654光纤和G.655光纤的截止波长都大于1 310nm，所以G.654光纤和G.655光纤不能用

11、于1 310nm窗口。24 （5）G.656光纤 是一种宽带光传输非零色散位移光纤 （6）大面积有效光纤 （7）色散补偿光纤 （8）全波光纤 新型光纤： 塑料光纤（POF） 光子晶体光纤（PFC）25光子晶体的基本性质光子晶体的基本性质k0wwk1从1D均匀介质开始：色散关系126光子晶体的基本性质光子晶体的基本性质(x) = (x+a)a121212121212w0/a加一小的周期调制加一小的周期调制2 1 + D sinax cosax x = 0band gap能级分裂了！能级分裂了！27光子晶体的基本性质光子晶体的基本性质光子晶体存在光子能带结构，即不是所有频光子晶体存在光子能带结构，

12、即不是所有频率的光都能通过光子晶体。率的光都能通过光子晶体。28光子晶体的应用 波导forbidden by gap(except for finite-crystal tunneling)forbidden by Bloch(k conserved)29303132 1折射和折射率 光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定： n = c/v 其中是光在某种介质中的速度，是光在真空中的速度。 在折射率为n的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为0/n（ 0表示光在真空中的波长）。表2-1中给出了一些介质的折射率。表2-1不同介质

13、的折射率材料空气水玻璃石英钻石折射率1.0031.331.521.891.432.4233 当一条光线照射到两种介质相接的边界时，入射光线分成两束：反射光线和折射光线（如图2-9所示）。图2-9 光的折射图2-10 光的反射斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则：1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2 全反射是光信号在光纤中传播的必要条件 。34 2光的偏振 光波属于横波，即光的电磁场振动方向与传播方向垂直。如果光波的振动方向始终不变，只是光波的振幅随相位改变，这样的光称为线偏振光，如图2-11（c）和图2-11（d）所示。 从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光，如图2-11（a）

14、所示。 自然光在传播的过程中，由于外界的影响在各个振动方向的光强不相同，某一个振动方向的光强比其他方向占优势，这种光称为部分偏振光，如图2-11（b）所示。35图2-11 光的偏振363. 3. 阶跃型多模光纤光射线的理论分析阶跃型多模光纤光射线的理论分析( (全反射导光全反射导光) ) (1)(1)相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n n1 1和和n n2 2） 定义：定义：2122212nnnD2121212)(nnnnn+所以有：所以有：121/)(nnn D弱导波光纤中弱导波光纤中n n1 1和和n n2 2相差很少，则相差很少，则 n n

15、1 1+ +n n2 2 2 n2 n1 137（2 2）数值孔径）数值孔径 为简便起见，以突变型多模光纤的交轴为简便起见，以突变型多模光纤的交轴( (子午子午) )光线为例，光线为例，进一步讨论光纤的传输条件。设纤芯和包层折射率分别为进一步讨论光纤的传输条件。设纤芯和包层折射率分别为n n1 1和和n n2 2，空气的折射率，空气的折射率n n0 0=1=1， 纤芯中心轴线与纤芯中心轴线与z z轴一致，轴一致， 如如图图2.42.4。38oz图图 2.4 2.4 突变型多模光纤的光线传播原理突变型多模光纤的光线传播原理纤芯纤芯n1包层包层n233ylLx11y122ycC39定义临界角定义临

16、界角cc的正弦为数值孔径的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)(Numerical Aperture, NA)。根。根据定义和斯奈尔定律据定义和斯奈尔定律设设=0.01=0.01，n n1 1=1.5=1.5，得到，得到NA=0.21NA=0.21或或c=12.2c=12.2。 NANA表示光纤接收和传输光的能力。表示光纤接收和传输光的能力。1 1）NANA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。2 2）NANA越大越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大经光纤传输后产生的信号畸变越大D2sin12221nnnN

17、AC40（3 3）时间延迟）时间延迟 现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。根据图现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。根据图2.42.4，入射，入射角为角为的光线在长度为的光线在长度为L(ox)L(ox)的光纤中传输，所经历的路程为的光纤中传输，所经历的路程为l(oy)l(oy)， 在在不大的条件下，其传播时间即时间延迟为不大的条件下，其传播时间即时间延迟为)21 (sec211111+cLncLncln 式中式中c c为真空中的光速。由式为真空中的光速。由式(2.4)(2.4)得到最大入射角得到最大入射角(=c)(=c)和最小入射角和最小入射角(=0)(=0)的光线之间时间延迟差近似为的光

18、线之间时间延迟差近似为 DDcLnNAcnLcnLc12121)(22414 4 渐变型多模光纤光射线的理论分析渐变型多模光纤光射线的理论分析( (自聚焦导光）自聚焦导光）渐变型光纤折射率分布的普遍公式为渐变型光纤折射率分布的普遍公式为 式中，式中，n n1 1和和n n2 2分别为纤芯中心和包层的折射率，分别为纤芯中心和包层的折射率，r r和和a a分别为径分别为径向坐标和纤芯半径，向坐标和纤芯半径，=(n=(n1 1-n-n2 2)/n)/n1 1为相对折射率差，为相对折射率差，g g为折射率分布为折射率分布指数。指数。 在在gg，(r/a)0(r/a)0的极限条件下，上式表示突变型多模光

19、的极限条件下，上式表示突变型多模光纤的折射率分布。纤的折射率分布。g=2g=2，n(r)n(r)按平方律按平方律( (抛物线抛物线) )变化变化，表示常规渐变，表示常规渐变型多模光纤折射率分布。型多模光纤折射率分布。具有这种分布的光纤，不同入射角的光线具有这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小。 )(1 )(21 1211ggarnarnDDn11-=n2 ra 0ran(r)= （2.6）42（1 1）局部数值孔径）局部数值孔径由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r r的函数，纤

20、芯各点数的函数，纤芯各点数值孔径不同，所以要定义局部数值孔径值孔径不同，所以要定义局部数值孔径NA(r)NA(r)和最大数值孔径和最大数值孔径NAmax NAmax 222)()(nrnrNA2221maxnnNA43（2 2）射线方程的解）射线方程的解 用几何光学方法分析渐变型多模光纤要求解射线方程，射线用几何光学方法分析渐变型多模光纤要求解射线方程，射线方程一般形式为：方程一般形式为：ndsdndsd)( 式中，为特定光线的位置矢量， s为从某一固定参考点起的光线长度。选用圆柱坐标(r, ，z)，把渐变型多模光纤的子午面(r - z)示于图2.5。 图 2.5 渐变型多模光纤的光线传播原理

21、 oidzrirmp纤芯n(r)r *zr0dr44 如式如式(2.6)(2.6)所示，一般光纤相对折射率差都很小，光线和中心所示，一般光纤相对折射率差都很小，光线和中心轴线轴线z z的夹角也很小，即的夹角也很小，即sinsin。由于折射率分布具有圆对称。由于折射率分布具有圆对称性和沿轴线的均匀性，性和沿轴线的均匀性，n n与与和和z z无关。在这些条件下，无关。在这些条件下， 式式(2.7)(2.7)可简化为可简化为drdndzrdndzdrndzd22)(4522222)(1 22ararardzrdDDD 解这个二阶微分方程，解这个二阶微分方程， 得到光线的轨迹为：得到光线的轨迹为：把式

22、把式(2.6)(2.6)和和g=2g=2代入式代入式(2.8)(2.8)得到：得到： r * =cos(Az) -An(0) sin(Az) cos(Az) )sin()0(1AZAnr10（2.13）46（3 3）自聚焦效应：为观察方便，把光线入射点移到中心轴线）自聚焦效应：为观察方便，把光线入射点移到中心轴线(z=0, (z=0, r ri i=0)=0)，由式，由式(2.12)(2.12)和式和式(2.13)(2.13)得到得到)sin()0(AzAnr *=0cos(Az) 由此可见，渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离由此可见，渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z z的正弦函数，的正弦

23、函数，对于确定的光纤，对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角其幅度的大小取决于入射角0 0， 其周期其周期=2/A=2a/ =2/A=2a/ ， 取决于光纤的结构参数取决于光纤的结构参数(a, )(a, )， 而而与入射角与入射角0 0无关无关。这说明不同入射角相应的光线，虽然经历的。这说明不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在路程不同，但是最终都会聚在P P点上，这种现象称为自聚焦点上，这种现象称为自聚焦(Self(SelfFocusing)Focusing)效应。效应。 D247 渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不

24、同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。这是因为这是因为(1)(1)光线传播速度光线传播速度v(r)=c/n(r)(cv(r)=c/n(r)(c为光速为光速) )，入射角大的光线经历的，入射角大的光线经历的路程较长，但大部分路程远离中心轴线，路程较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r)n(r)较小，传播速度较较小，传播速度较快，补偿了较长的路程。快，补偿了较长的路程。(2)(2)入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢。入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢。 所以这些光线的时间延迟近似相等。所以

25、这些光线的时间延迟近似相等。 48 5光纤中传播的模式 所谓模式，是指能够独立存在的电磁场的结构形式。 基模：LP01或者HE1149 （1 1） 单模光纤的模式特性：传输模式数目随单模光纤的模式特性：传输模式数目随V V值的增加而增值的增加而增多。当多。当V V值减小时，不断发生模式截止，值减小时，不断发生模式截止， 模式数目逐渐减少。模式数目逐渐减少。特别值得注意的是当特别值得注意的是当V2.405V2.405时，只有时，只有HEHE1111(LP(LP0101) )一个模式存在，一个模式存在，其余模式全部截止。其余模式全部截止。HEHE1111称为基模，由两个偏振态简并而成。称为基模，由

26、两个偏振态简并而成。 由此得到由此得到单模传输条件单模传输条件为为 V= 由式由式(2.36)可以看到，可以看到，对于给定的光纤对于给定的光纤(n1、n2和和a确定确定)，存在，存在一个临界波长一个临界波长c，当，当c时，是单模时，是单模传输，传输，这个临界波长这个临界波长c称为截止波长。由此得到称为截止波长。由此得到405. 222221nna2.405V405. 2cCV或405. 222221nnaC50若干低阶模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线 01234560b1n1n2 / kHE11TE01HE31HM01HE21EH11EH12HE41EH21TM02TE02HE22V5

27、1（2 2） 多模光纤传输模数多模光纤传输模数2)2()2(2122vggnkaggM+D+对于突变型光纤，对于突变型光纤，g，M=V2/2； 对于平方律渐变型光对于平方律渐变型光纤，纤，g=2，M=V2/4。 52 （3）模场直径和有效面积 模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度的参量。 有效面积与模场直径的物理意义相同，通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。 模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比降低，影响系统性能。 因此，对于传输光纤而言，模场直径（或有效面积）越大越好。 图2-13所示为模场直

28、径示意图。53图2-13 模场直径11/e20w0rP54 2.3.1 光纤的几何特性 光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、不圆度和光纤翘曲度等。 1芯直径 芯直径主要是对多模光纤的要求。ITU-T规定，多模光纤的芯直径为503m。 2包层直径 包层直径指光纤的外径，ITU-T规定，多模及单模光纤的包层直径均要求为1253m。 目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.03m提高到125.01m。55 3纤芯/包层同心度和不圆度 纤芯/包层同心度是指纤芯在光纤内所处的中心程度。 目前光纤制造商已将纤芯/包层同心度从0.8m的规格提高到0.5m的规格。 不圆度包括芯径的不圆

29、度和包层的不圆度。 ITU-T规定，纤芯/包层同心度误差6%（单模为1.0m），芯径不圆度6%，包层不圆度（包括单模）2%。 4光纤翘曲度 光纤翘曲度指在特定长度光纤上测量到的弯曲度，可用曲率半径来表示弯曲度。翘曲度（即曲率半径）数值越大，意味着光纤越直。 注：纤芯/包层同心度对接续损耗的影响最大，其次是翘曲度。56 光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性，另有机械特性和温度特性。 1光纤的损耗特性 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯

30、曲损耗3种损耗。 （1）吸收损耗 光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的损耗，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。57 （2）散射损耗 由于材料的不均匀使光信号向四面八方散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。 光纤制造中，结构上的缺陷会引起与波长无关的散射损耗。 （3）弯曲损耗 光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，有两种情况的弯曲：一种是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。 决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大 。58 （4）衰减系数 光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单位一般用dB/km。它是描述光纤损耗的主要参数。 在单模光纤

31、中有两个低损耗区域，分别在1 310nm和1 550nm附近，即通常说的1 310nm窗口和1 550nm窗口；1 550nm窗口又可以分为C-band（1 525nm1 562nm）和L-band（1 565nm1 610nm）。如图2-14所示。59图2-14 光纤的特性60 2光纤的色散特性 光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散，如图2-15所示。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。图2-15 色散引起的脉冲展宽示意图61 光纤的色散可分为模式色散、

32、色度色散、偏振模色散。 （1）模式色散 多模光纤中不同模式的光束有不同的群速度，在传输过程中，不同模式的光束的时间延迟不同而产生的色散，称模式色散。 （2）色度色散 由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。62 材料色散 由于材料折射率随光信号频率的变化而不同，光信号不同频率成分所对应的群速度不同，由此引起的色散称为材料色散。 波导色散 由于光纤波导结构引起的色散称为波导色散。其大小可以和材料色散相比拟，普通单模光纤在1.31m处这两个值基本相互抵消。 注：模式色散主要存在于多模光纤。单

33、模光纤无模式色散，只有材料色散和波导色散。当波长在1.31m附近，色散接近为零。 色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用D表示，单位是ps/（nmkm）。63 （3）偏振模色散（PMD） 由于光信号的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称偏振模色散。图2-16 偏振模色散64 （4）码间干扰（ISI） 色散将导致码间干扰。由于各波长成分到达的时间先后不一致，因而使得光脉冲加长了（T+T），这叫作脉冲展宽，如图2-17 。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，形成码间干扰，码间干扰将引起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。图2-17 码间干扰65机械

34、3光纤的机械特性 光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。 （1）光纤的抗拉强度 光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。 影响光纤抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。 预制棒的质量。 拉丝炉的加温质量和环境污染。 涂覆技术对质量的影响。 机械损伤。 66机械 （2）光纤断裂分析 存在气泡、杂物的光纤，会在一定张力下断裂，如图2-18所示。图2-18 光纤断裂和应力关系示意图67机械 （3）光纤的寿命 光纤的寿命，习惯称使用寿命，当光纤损耗加大以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。 （4）光纤的机械

35、可靠性 一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，从而增加网络的寿命。 68温度 4光纤的温度特性 光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。如图2-19 所示。图2-19 光纤低温特性曲线69 2.4.1 光缆的结构 1光缆的结构 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 （1）缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。 （2）护层 护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝

36、铠装等）。 （3）加强芯 加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。70 2各种典型结构的光缆 （1）层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。 图2-20图2-24所示是目前在市话中继和长途线路上采用的几种层绞式结构光缆的示意图（截面）。71 图2-21 12芯松套层绞式直埋光缆图2-20 6芯紧套层绞式光缆72 图2-22 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆73 图2-23 648芯松套层绞式水底光缆74图2-24 12芯松套+8芯2线对层绞式直埋光缆75 （2）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围

37、的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。 骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型，图2-25（b）为螺旋型结构，图2-26为基本单元结构。目前，我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图2-25所示的结构。图2-27所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。76图2-25 12芯骨架式光缆77 图2-26 70芯骨架式光缆78 图2-27 骨架式自承式架空光缆79 （3）束管式结构光缆 把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。 图2-28所示的光缆结构即属护层增强构件配制方式。 图2-29、2-30所示是属于分散加强构件配置方式的束管式结构光缆。 另图2-34所示的浅海

38、光缆实际上就是双层加铠装束管式光缆。80图2-28 12芯束管式光缆81 图2-29 648芯束管式光缆82 图2-30 LEX束管式光缆83 （4）带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。如图2-31、2-32所示。图2-31 中心束管式带状光缆图2-32 层绞式带状光缆84 （5）单芯结构光缆 单芯结构光缆简称单芯软光缆，如图2-33所示。 这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的光纤。图2-33 单芯软光缆85 （6）特殊结构光缆 特殊结构的

39、光缆，主要有光/电力组合缆、光/架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆。这里只介绍后两种。 海底光缆 有浅海光缆和深海光缆两种，图2-34所示为典型的浅海光缆，图2-35所示是较为典型的深海光缆。 无金属光缆 无金属光缆是指光缆除光纤、绝缘介质外（包括增强构件、护层）均是全塑结构，适用于强电场合，如电站、电气化铁道及强电磁干扰地带。86 图2-34 浅海光缆87 图2-35 深海光缆88 1按传输性能、距离和用途分 可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。 2按光纤的种类分 可分为多模光缆、单模光缆。 3按光纤套塑方法分 可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。 4按光纤芯

40、数多少分 可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等。89 5按加强件配置方法分 光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE外护层加一定数量的细钢丝的PE细钢丝综合外护层光缆。 6按敷设方式分 光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。 7按护层材料性质分 光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。90 8按传输导体、介质状况分 光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。 9按结构方式分 光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结构光缆、铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。 10目前通信用光缆可分为 （1）室(野)外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。 （2）软光缆具有优良的曲挠性能的可移动光缆。 （3）室（局）内光缆适用于室内布放的光缆。 （4）设备内光缆用于设备内布放的光缆。 （5）海底光缆用于跨海洋敷设的光缆。 （6）特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。 91 光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。 （1）光缆型式由五个部分组成，如图2