光纤光缆的基础知识

1、光纤光缆的基础知识一、 光纤1 光纤的定义光纤是光导纤维的简称，即用来通光传输的石英玻璃丝。2 光纤的结构组成和作用1 ）光纤的构成：光纤是由光折射率较高的纤芯和折射率较低的包层组成，为了保护光纤不受外力和环境的影响，在包层的外面都加上一层塑料护套（也叫涂覆层）。2）光纤各组成部分的作用：纤芯：siO2+GeO2（作用是导光通信）包层： siO2（作用是使全反射成为可能）涂覆层：光固化丙烯酸环氧树脂或热固化的硅酮树脂（作用是防止光纤表面受损产生微裂纹，将光 纤表面与环境中的水分、化学物质隔开，防止 已有的微小裂纹逐步生长扩大）3光纤的分类A：按组成光纤的材料分类：玻璃（石英）光纤、塑料光纤；B

2、 ：按光纤横截面上折射率分布分类：有突变型光纤（ 普通单模光纤）、渐变型光纤（多模光纤）、阶跃型光纤等；C：按光纤传输模式分类：多模光纤、单模光纤等。单模光纤中光偏振状态要传输过程中是否保持不变，又可分为偏振模保持光纤和非偏振模保持光纤；D ：按工作波长窗口分类：长波长光纤和短波长光纤等注： 单模光纤是指只能传输一种模式（基模或最低阶模）的光纤，其信号畸变很小。多模光纤是一种能承载多种模式的光纤，即能够允许多个传导模的通过。模 是指光在光纤中的传输方式（单模/多模）。单模光纤具有很小的芯径，以确保其传输单模，但是其包层直径要比芯径在十多倍，以避免光的损耗。单模光纤以其衰减小、频带宽、容量大、成

3、本低和易于扩容等优点，作为一种理想的光通信媒介，在全世界得到及为广泛的应用。4光纤的特性A：几何特性和光学特性（主要针对单模光纤）纤芯直径：A、多模光纤（50um/62.5um 两种标称直径）B 、单模光纤（8.3um）包层直径：125.0± 1.0um包层不圆度：1.0%涂层外径：245± 5.0um纤芯、包层同心度： 0.5um翘曲度：曲率半径4.0m模场直径：指光纤中基模场的电场强度随空间的分布。它描述了单模光纤中光能集中程度的参量。（单位：um）截止波长:保证光纤基模传输的最小波长。B ： 光纤的传输特性衰减定义：光在光纤中传输时能量的损耗。（单位：dB）色散定义：

4、光脉冲在光纤中传输时脉冲的展宽。（单位：ps/nm）5. 光纤产生衰减的原因：吸收衰减：就是光纤材料中的某些粒子吸收光能产生振动，并以热形式而散失掉。散射衰减：就是以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。光纤微弯衰减：光纤柔软、可弯曲，但如果弯曲的曲率半径太上，将使光的传播途径改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至有可能穿过包层向外泄露掉。光纤接头衰减：同与连接部分的两根光纤的轴心偏移而产生的光的衰减。6光纤的温度特性材料特性：关键在于材料的线性膨胀系数涂层的线性膨胀系数：约为10-3 10-4/。 C涂层材料：光固化丙烯酸环氧树脂或热固化的硅酮树脂高低温特性：A: 低温时塑料收缩厉害，光纤产生

5、的纵向压缩应变超过光纤的纵向弯曲极限，引起弯曲和微弯损耗；B: 高温时塑料涂层伸长，使光纤受到拉应力，产生应力损耗。（这种情况很少，不会很严重）7两种标准中光纤的分类命名主要参照的标准：IEC：国际电工委员会ITU ：国际电信同盟（以前叫CCITT ：国际电话与电报顾问委员会）图示如下：光纤类别IEC 标准ITU 标准多模A类A1a（纤芯直径50um）G651A1b （纤芯直径62.5um）单模B类B1.1（通常简为B1 ）普通型标准光纤G652B1.2 截止波长位移光纤G654B2 色散位移光纤G653B4 非零色散位移光纤G655B6 弯曲损耗不敏感光纤G65718光纤光缆的基础知识二、光

6、缆光缆是以光纤为主要通信元件，有时辅加联络信号线，通过加强构件及外护层组合成的整体。）按光纤类别分类：单模光纤光缆、多模光纤光缆；）按缆芯结构分类：中心束管式光缆、层绞式光缆、骨架式光缆；）按敷设方式分类：架空光缆、管道光缆、直埋光缆、水底光缆；）按使用环境分类：室外光缆、室内光缆。1）室内光缆主要用于建筑物内的室内布线以及各种通信设备与仪表间的连接。2）大多数采用的是紧套光纤干式光缆结构。3）为了消除电磁干扰一般采用非金属加强件（FRP）和芳纶等。4）与室外光缆比较，室内光缆的结构有以下特点：尺寸小、质量轻、柔软、有足够的机械强度、耐弯曲、便于安装布放、分支、接续和终端，并根据不同场合达到一

7、定的阻燃等级。室内光缆的机械性能：包括拉伸、压扁、冲击、反复弯曲、扭转、曲绕、弯折、卷绕等性能，其中最重要的是光缆允许承受的拉伸力和压扁力。室内光缆的环境性能：包括衰减温度特性、低温卷绕和燃烧性能等。1）衰减温度特性和低温卷绕特性：由于室内光缆的环境温度变化，一般要求在一定温度范围内衰减应达到（单模光纤（ B1 、 B4） ： 1310nm 0.4dB km 且 1550nm 0.3dB km;；多模光纤（A1a-50um ） ： 850nm 3.0 dB km 且 1300nm 1.0dB km , （ A1b-62.5um ） ：850nm 3.5 dB km 且 1300nm 1.5dB

8、 km ） ； 在低温下 （一般为-15 ， 也有一些特殊要求达到-40 ）仍有一定的柔软性、耐卷绕性。2）阻燃性能：室内光缆除了必要的光传输、机械性能外，还应具备阻燃特性，在着火时能够自熄，不会成为火源的导火线，在特殊场合还要有限制毒性和腐浊程度的要求。现在大多数室内光缆采用PVC、低烟无卤阻燃材料。室内光缆的可操作性：包括护套和紧套光纤的易剥离性能、柔韧性、美观、易于布线和接续等其他性能。由于室内光缆常要与连接器一起使用，所以要求光纤涂覆层与包层间都有良好的剥离性。光纤光缆的基础知识三、室内光缆的生产工艺（一） 、紧套工序紧套光纤不仅提高了光纤的强度、连接可靠性和耐弯折、耐环境性，而且具有

9、体积小、质量轻、便于携带、易于敷设维护等特点，故常采用紧套结构。紧套光纤的性能直接影响光缆的性能，故紧套工序是室内光缆的关键生产工序。1、紧套结构有两种：单层紧包缓冲层结构和复合缓冲层结构1）单层紧包缓冲层结构：光纤涂覆层直接与紧套层结合，施工时两者可一并剥离或分两次剥离。根据紧包层对涂覆光纤的紧包程度不同，可分为紧包缓冲层光纤和松包缓冲层光纤。这种结构工艺可操作性好，生产效率高，是目前使用最多的结构2）复合缓冲层结构：先采用UV（紫外）光固化法在涂覆光纤表面涂一层丙烯酸树脂在挤包PVC 或低烟无卤料。这种方法使光纤具有良好的抗冲击性和抗侧压性。但此方法成本高、经济效益差，不占主导地位，只在指

10、定场合使用。紧套的材料根据用途和使用要求，常用的紧套材料有PVC、低烟低卤、低烟无卤等材料。1） PVC ：加工工艺简单易于控制，对设备要求低，且有阻燃特点，广泛应用于室内光缆和各种跳线、连接线中，是目前软光缆生产和使用最多的材料。2）低烟无卤料：低烟无卤阻燃料的挤出加工较难控制，由于加入了大量的金属氧化物， 要求设备具有较低的剪切应力合小压缩比的挤出机螺杆，温控精度要求高，要有良好的冷却装置，而且操作时不易清理机膛和模具一般采用拉伸比小的挤压式模具或半挤压式模具。紧套的工艺要求对放线张力、预热温度、挤出压力、材料的收缩性等进行严格控制。1） 放线张力过小，会受紧套材料的热收缩特性影响加剧，使

11、紧套光纤因紧套内的光纤余长而产生微弯损耗，使产品的低温性能变坏；放线张力过大，会使紧套光纤成品后仍存在长期残余应力，降低使用寿命。2）预热温度要求严格控制，温度过高，会使涂覆层中部分材料分子分解而产生气泡，影响结构稳定性和剥离性；温度过低，紧套层与光纤粘连不好，结构松，受到拉力时光纤易在紧套层间滑动，使产品的附加损耗增加，还要注意预热炉温度的稳定性。3）我们一般采用半拉管式模具，并配合抽真空的方式调节紧包程度和外径的均匀性，使产品获得满意的附加损耗和剥离性。、成缆工序芯数少、 结构简单的光缆可在护套工序中同时将紧套与加强件绞合后挤护套，省去了成缆工序。芯数多或结构复杂的光缆需先将绞合元件及填充

12、、部分加强件等绞合后再进入护套工序。成缆一般采用螺旋绞方式。、护套工序由于室内光缆一般用于室内环境，对光缆外护套没有抗紫外线要求，不用碳黑聚乙烯护套料，但要求光缆有阻燃性，不会成为火源的导火索。所以一般室内光缆的护套料采用PVC 、低烟低卤或低烟无卤材料。其中低烟无卤阻燃护套料的挤出加工较难控制，由于加入了大量金属氧化物，要求设备具有较低剪切应力和小压缩比的挤出机螺杆，且温控精度要求高，要有良好的冷却装置，要求采用拉伸比小的挤压式模具。护套的工艺要求收放线张力：护套工序另一个重要控制参数是收放线张力，包括加强件（芳纶、FRP、钢丝）和缆芯放线张力及产品收放线张力。要使光纤在光缆中没有残余应力，

13、芳纶的放线张力应大于光纤的放线张力，并使每一股芳纶的放线张力大小相等、均匀一致。光纤通信的原理及特点? 广义地说，用光传递信息并不是什么新鲜的事。早在公元两千多年以前，我们的祖先就在都城和边境堆起一些高高的土丘，遇到敌人入侵，就在这些土丘上燃起烟火传递受到入侵的信息，各地诸侯看见烟火就立刻领兵来救援。? 其中还有著名的“周幽王烽火戏诸侯”的故事。这种土丘就叫烽火台，它就是一种古老的光通信设备。1960 年，美国人梅曼（Maiman） 发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。 激光器的发明和应用，使沉睡了80 年的光通信进入一个崭新的阶段。在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne

14、 激光器和CO2 激光器进行了大气激光通信试验。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通信的研究曾一度走入了低潮。1966 年 , 英籍华人高琨博士预言光纤可能是最佳选择，因为它能像电缆传导电子那1966 年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao） 和霍克哈姆（C.A.Hockham） 发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber） 进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信 光纤通信的基础。1970 年 , 光纤研制取得了重大突破，美国康宁公司按照高锟的思路，生产出了20dB/km 的石英光纤1972 年 , 该公司生产的多模光纤损耗已下降到4 dB/

15、km1973 年 , 美国贝尔（Bell ）实验室生产的光纤损耗为2.5 dB/km ， 1974年已下降到1.1 dB/km1976 年 , 日本 NTT 公司已减小到0.47 dB/km80 年代初 , 单模光纤在波长1550 nm 的损耗已降到0.2 dB/km ， 接近了石英光纤的理论损耗极限。1 光纤通信的定义：所谓的光纤通信就是以激光为光源，以光纤为传输媒介的通信方式。光纤通信系统的组成：光发送光传输光接收光端机光纤通信的原理：光从光密媒质射入光疏媒质；入射角大于临界角。缺点：）强度不如金属；优点：）传输频带宽，通信容量大；）中继距离远、损耗低；）抗电磁能力强，无串话；）光纤和光缆

16、重量轻；）光纤的原材料资源丰富，可节约金属材料；）抗化学腐蚀，柔软可绕。）连接比较困难；）分路耦合不变；）弯曲半径不宜太小；）传输能量比较困难。【光纤通信的优点】1. 光纤的容量大“ 超高速公路”2. 损耗低、中继距离长“ 长跑健将”3. 抗电磁干扰能力强4. 保密性能好“ 安全保密员”5. 体积小，重量轻6. 节省有色金属和原材料【光纤通信的优点之一】1. 光纤的容量大“ 超高速公路”光纤通信系统以光纤为传输媒介，以光波为载波，其载波 光波具有很高的频率（约1014Hz），因此光纤具有很大的通信容量。【光纤通信的优点之二】2. 损耗低、中继距离长“ 长跑健将”信号在传输线上传输，由于传输线本

17、身的原因，强度将逐渐变弱，而且随着传输距离的增加，这种衰减会越来越严重。因此， 长距离传输信息必须设立中继站， 把衰减了的信号放大以后再转输。中继站越多，传输线路的成本越高，维护越不方便，运行越不可靠。中继站的多少取决于中继距离的长短，中继距离的长度又受传输线路损耗的限制。目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55 m波长区的损耗可低到0.18dB/km， 比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。【光纤通信的优点之三】抗电磁干扰能力强电磁干扰是通信系统的主要干扰：天然的电磁干扰包括雷电干扰、电离层的变化和太

18、阳核子活动引起的干扰， 人为电磁干扰有电动机、高压电力线造成的干扰等。这些干扰都必须认真对待。现 有的电通信系统无法令人满意地解决这个问题。电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁化路附近铺设。光纤通信的抗干扰能力：光纤属绝缘体，不怕雷电和高压； 光纤中传输着频率极高的光波，频率远高于干扰源的频率。光纤可以抗原子辐射干扰。据测算， 若美国本土中心上空463 千米处爆炸一颗原子弹， 1 秒钟内即可使全美国未暴露的通信电缆全部失效，通信中断，但光纤通信线 路却照样畅通无阻。【光纤通信的优点之四】保密性能好“ 安全保密员对通信系统的重要要求之一是保密性好。随着科学技术的发展，窃听技

19、术迅速发展：只要在明线或电缆附近（甚至几公里以外）设置一个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去说无线通信方式，因为无线电波在大气中传播，甚至充斥全球，很容易被人窃听。即使用了加密往往也无济于事，当计算机出现之后密码分析或密码破译发展十分迅速。光纤通信是保密性能最好的通信方式之一，光在光纤中传输时不会跑出光纤和向外辐射电磁波。即使在拐弯非常厉害的地方，漏出的光也微乎其微，如果在光纤表面再涂上一层吸光剂，那连这样的“漏网之鱼”也休想溜走。任凭你采用什么办法，也不能在光纤外面搜集到光纤里面的“情报 ”。光纤通信真是一位“守口如瓶”、 “滴水不漏”的 “保密员 ”。【光纤通信的优

20、点之五】体积小，重量轻 1 千克高纯度石英玻璃可以拉制成千上万千米光纤， 制造 1000 千米的 8 管同轴电缆却需要消耗120 吨铜和 500 吨铅。 18管同轴电缆每米重11 千克， 100 芯铅皮对称电缆每米重2.9 千克，而同等容量的光缆每米只有90 克重。 光纤不仅体积小、重量轻，而且很柔软，可以自由弯曲，铺设非常方便。可广泛应用于航天航空、汽车电子等领域。【光纤通信的优点之六】节省有色金属和原材料电线要用铜、铅等有色金属材料来制作，铜是一种很重要的战略金属，地球上的储量按目前的开采速度估计，只够使用50 年左右。制作光纤的原材料却是普普通通的石英砂。而二氧化硅，在地壳的化学成分中占

21、了一半 以上，可以说是取之不尽、用之不竭的。【光纤通信的优点之七】环境特性优异光纤的优良特性：不怕潮湿和腐蚀，可以架在空中，也可埋入地下；有较高的抗拉强度，与铁接近，比铜还高得多；有较强的耐高低温能力，从 - 65 200 ° C， 在一般的飞机、舰艇和车辆上都可使用；可实现多功能传输，同时传递话音、数据、传真、图像等各种信息。光纤通信的缺点光纤通信也有以下缺点：抗拉强度低，容易折断（比如经常被挖断）光纤连接困难（断面是否垂直、焊接点是否有气泡等）光纤通信过程中怕水、怕冰（OH-根吸收增大损耗）光纤怕弯曲（导致损耗增加）接入网用蝶形引入光缆随着通信业的发展，通信网从单一的语音业务向语

22、音、数据、视频多种数据业务的全业务综合通信信息网方向发展，光网络的建设已从骨干网、核心网向城域网、接入网发展。由于光纤具有频带宽、传输容量大、衰减小等特点，光纤到户(FTTH )具有支持多业务，带宽无限大，运行管理维护方便等特点，我公司根据这一趋势，设计生产的引入皮线光缆适用于宽带接入网中用户端的接入。产品描述皮线光缆分为非自承式、自承式、管道式三种。非自承式皮线光缆的结构是将光纤放置在两根平行加强件中间后挤包一层阻燃聚烯烃护套(LSZH) ，也可以是聚氯乙烯(PVC) ；自承式皮线光缆的结构是增加了金属吊线；管道式皮线光缆是增加了阻水防潮的外护套。产品特点光缆外径小、重量轻、施工成本低采用冷

23、接技术，接续速度快光缆有很高的抗压扁力和抗张力，自承式结构能满足50 米以下飞跨拉设采用玻璃增强纤维棒(FRP) 、芳纶增强纤维棒(K-FRP) 或细钢丝作为加强件，光缆柔软、弯曲性能好，确保光缆弯曲半径符合要求采用 LSZH 或者 PVC 阻燃材料，达到光缆在室内使用对阻燃以及环保的性能要求光纤采用符合ITU-T G.657A& G.657B 标准要求的弯曲损耗不敏感光纤，最小弯曲半径达15mm 甚至更小自承式皮线光缆吊线采用高碳钢丝或钢绞线，具有优越的抗拉性能PVC：聚氯乙烯LSZH ：低烟无卤阻燃聚烯烃PE：聚乙烯结构型式代号中文名称描述适用范围GJXV金属加强件、PVC 护套、

24、蝶形引入光缆GJXDV金属加强件、PVC 护套、蝶形引入光纤带光缆GJXFV非金属加强件、PVC 护套、蝶形引入光缆GJXFDV非金属加强件、PVC 护套、蝶形引入光纤带光缆室内布线用GJXH金属加强件、LSZH 护套、蝶形引入光缆室内布线用GJXDH金属加强件、LSZH 护套、蝶形引入光纤带光缆GJXFH非金属加强件、LSZH 护套、蝶形引入光缆GJXFDH非金属加强件、LSZH 护套、蝶形引入光纤带光缆GJYXCH金属加强件、LSZH 护套、自承式蝶形引入光缆GJYXDCH金属加强件、LSZH 护套、自承式蝶形引入光纤带光缆室外架空引入用GJYXFCH非金属加强件、LSZH 护套、自承式蝶

25、形引入光缆GJYXFDCH非金属加强件、LSZH 护套、自承式蝶形引入光纤带光缆GYPHA金属加强件、LSZH 护套、铝带纵包、PE 外护套、管道式蝶形引入光缆GYPDHA金属加强件、LSZH 护套、铝带纵包、PE 外护套、管道式蝶形引入光纤带光缆管道敷设用GYPFHA非金属加强件、LSZH 护套、铝带纵包、PE 外护套、管道式蝶形引入光缆GYPFDHA非金属加强件、LSZH 护套、铝带纵包、PE 外护套、管道式蝶形引入光纤带光缆加强构件光纤护套加强构件光纤带护套室内布线用引入缆光缆加强吊线加强构件光纤护套光缆加强吊线加强构件光纤带护套室外架空引入缆内护层 加强构件 光纤 阻水带 铝带 外护层

26、内护层 加强构件 光纤带 阻水带 铝带 外护层管道敷设用引入缆G.657A(B6a) 光纤技术参数见下表1.衰减1.1 1310nm(dB/Km)03.51.2 1550nm(dB/Km)02.11.3 1625nm(dB/Km)0.241.4 1285-1330 范围内最大衰减与1310 相比 (dB/Km)0.031.5 1360-1480 范围内最大衰减与1385 相比 (dB/Km)0.041.6 1525-1575 范围内最大衰减与1550 相比 (dB/Km)0.021.7 1460-1625 范围内最大衰减与1550 相比 (dB/Km)0.041.8 衰减(从-60+85；-1

27、0+80RH95%；23浸水；85老化)的变化值(dB/Km)1310nm、 1550nm 及 1625nm (dB/KM)0.052.模场直径2.1 1310nm( m)8.5-9.32.2 1550nm( m)9.5-10.53.截止波长3.1 光纤的截止波长(nm) 12604.色散4.1 零色散波长(nm)1302 13224.2 零色散斜率(ps/nm2 k·m)00.924.3 链路偏振模色散PMDQ ， N=20， Q=0.01%(ps/ km0.5)00.65.群折射率5.1 1310nm1.4675.2 1550nm1.4686.几何特性6.1 包层直径( m)12

28、5 ± 0.76.2 芯 /包层同心度误差( m)0.56.3 包层不圆度(%) 16.4 涂覆层直径( m)235-2456.5 涂层/包层同心度误差( m) 127.宏弯衰减7.1 25mm 直径，松绕100 圈后的衰减变化(dB) 0.01(1550nm)7.2 25mm 直径，松绕100 圈后的衰减变化(dB)00.5(1625nm)7.3 15mm 直径，松绕10 圈后的衰减变化(dB)02.(1550nm)7.4 15mm 直径，松绕10 圈后的衰减变化(dB) 0.5(1625nm)7.5 10mm 直径，松绕1 圈后的衰减变化(dB)02.(1550nm)7.6 10

29、mm 直径，松绕1 圈后的衰减变化(dB) 0.5(1625nm)二、光缆技术参数1 光缆的机械性能光缆的机械性能包括拉伸、压扁、冲击、弯曲项目，光缆经各项机械性能试验后符合下列要求A. 光缆全部光纤都不断裂B. 护套无目力可见的裂纹C. 护套内缆芯的各个元件应无目力可见的损坏D. 试验后的光纤应无残余附加衰减光缆允许弯曲半径、拉力和压扁力应符合下表的规定光缆的允许弯曲半径、拉力和压扁力型号芯数光缆规格(mm)拉伸力(N)压扁力(N/100mm)最小弯曲半径 (mm)短暂长期短暂长期动态静态GJXV(H)1,2,43.0 ×2.0200100220010003015GJXDV(H)44.0 ×2.0200100220010003015GJXFV(H)1,2,43.0