光纤与光缆知识-技术培训

1、#光纤与光缆知识PAGE 1PAGE 27光纤和光光缆知识识技术培训训 TIME yyyy年M月 20222年99月概述所谓光通通信就是是利用光光波载送送信息的的通信。在载波波技术方方面，电电磁波的的通信已已广泛应应用于广广播、电电视等领领域，本本世纪末末，随着着数字技技术的进进步，出出现了移移动通信信等数字字无线电电波技术术。在另另一方面面，光波波作为一一种波长长很短的的无线电电波，同同样也得得到技术术突破，目目前已成成为新一一代的有有线通信信载波。光通信信技术的的进步，推推动了整整个信息息产业的的飞速发发展。光纤发展展概况19600年，梅梅曼（TT.H.Maiimann）发明明了红宝宝石激

2、光光器，产产生了单单色相干干光，实实现了高高速的光光调制。美国林林肯实验验室首先先研制出出利用氦氦氖激光光器通过过大气传传输彩色色电视，利利用大气气传输光光信号具具有以下下的缺点点：气候严重重影响通通信，如如雾天；大气的的密度不不均匀，传传输不稳稳定；传传输设备备之间要要求没有有阻隔利用大大气传输输光波的的思想实实际上是是电磁波波传输的的技术，光光波实质质上是频频率极高高的电磁磁波（3310144Hz），其其通信的的容量比比一般的的电磁波波大万倍倍以上，如如果光通通信能够够实现，它它将具有有划时代代的意义义。早期，为为了避免免大气对对光传输输的干扰扰，研制制了透镜镜光波导导的技术术，利用用管子

3、进进行光传传输，在在一定距距离上设设置聚焦焦透镜，汇汇聚散射射光和诱诱导光转转折，但但振动和和温度又又严重影影响了光光传输。这种思思想，被被后来采采用直至至成功研研制成光光导纤维维。19666年，英英籍华人人高锟（CC.K.Kaoo）和HHockkhamm实验证证明利用用玻璃可可以制作作光导纤纤维（OOptiic FFibeer）。但当时时的玻璃璃衰减达达10000dBB/kmm，无法法用于传传输，后后经过美美国贝尔尔实验室室主席IIan Rosss、英英国电信信研究所所（BTTRL，BBPO）和和美国康康宁玻璃璃公司（CCORNNINGG）的MMaurrer等等合作，于于19770年首首先研

4、制制成功衰衰减为220 ddB/kkm的光光纤，取取得重大大突破。之后，各各发达国国家纷纷纷开展光光纤通信信研究，出出现了多多组成份份玻璃光光纤、塑塑料光纤纤、液芯芯光纤等等，其中中利用介介质全反反射原理理导光的的石英光光纤被广广泛采用用。石英英光纤衰衰减小，性性能高，强强度大，见见图1-1。N2N1N1N2图1-1 光纤导光原理要实现现长距离离的光纤纤通信，必必须减少少光纤的的衰减。高锟指指出降低低玻璃内内过度金金属杂质质离子是是降低光光纤衰减减的主要要因素，119744年，光光纤衰减减降低到到2 ddB/kkm。119766年通过过研究发发现降低低玻璃内内的OHH离子含含量就出出现地衰衰减

5、的长长波长双双窗口：1.33m和 1.555m。在在19880年，11.555m波长长光纤衰衰减达到到0.22 dBB/kmm，接近近理论值值。800年代中中，又发发现水分分和潮气气长期接接触光纤纤会扩散散到石英英光纤内内，从而而使光纤纤衰减增增大且强强度降低低。于是是采用注注入油膏膏于光纤纤套管中中隔绝水水气，制制成品质质完善的的光缆用用于工程程。要实现现大容量量的通信信，要求求光纤有有很宽的的带宽。单模（SSM：SSinggle Modde）光光纤的带带宽最宽宽，是理理想的传传输介质质。但是是单模光光纤纤芯芯很细，770年代代工艺无无法做到到，因此此，多模模（MMM：Muultii Moo

6、de）光光纤较早早应用，光光在多模模光纤里里各模式式间存在在光程差差，造成成输出的的光信号号带宽不不宽。119766年日本本研制成成渐变型型（又称称自聚焦焦型，SSELFFCO）光光纤，光光纤的带带宽达到到KHzz/kmm数量级级。800年代，单单模光纤纤研制成成功，带带宽增大大到100 KHHz/kkm，这这一成就就使大容容量光通通信成为为可能，880年代代中，零零色散波波长为11.555m的光光纤研制制成功，光光纤通信信实现长长距离超超大容量量传输。70年代代，光纤纤的低衰衰减窗口口在近红红外区00.855m的短短光波，光光源采用用GaAAlAss（镓铝铝砷）注注入式半半导体激激光器（LL

7、D：LLaseer DDiodde），但但是寿命命很短。直到研研制成功功可连续续运行的的GaAAlAss双异质质结注入入式激光光器（HHayaashii等），同同时也发发展了GGaAllAs发发光二极极管（LLED：Burrruss），LLED寿寿命长，价价格低，但但谱线宽宽，速率率低，功功率笑，属属于非相相干光源源。800年代，研研究出了了InGGaAssP（铟铟镓砷磷磷）长波波长激光光器和LLED，现现已广泛泛应用。光检测测器是光光接收的的主要器器件，用用于将光光信号转转变为电电信号。主要有有用于短短波长的的Si-PINN管和SSi-AAPD雪雪崩光电电二极管管以及适适用于长长波长的的In

8、GGaAss/InnP的PPIN管管和APPD管，还还有Gee-APPD管。由于工工程上的的需要，各各式各样样的光无无源器件件和光仪仪表也相相应出现现。如：光活动动连接器器，光衰衰减器、光纤熔熔接机和和光时域域反射测测试仪等等。光纤通信信19766年，美美国首先先在亚特特兰大建建成距离离为100公里，码码率为444Mbbit/s的光光纤通信信系统，880年代代，许多多国家都都建成商商用的通通信系统统。在此中，发发现利用用激光器器和多模模光纤，当当光纤机机械振动动则接收收的光信信号随机机起伏，出出现所谓谓“模式噪噪声”，因此此，用单单模光纤纤的传输输介质和和激光器器光源成成为光纤纤通信的的基本方

9、方式，880年代代中，还还发现FFP型激激光器不不能维持持单谱线线相干性性，使输输出信号号中带有有“模分配配噪声”，从而而使光纤纤的容量量和传输输距离受受到限制制，之后后研究出出动态单单纵模激激光器解解决了此此问题，如如：分布布反馈（DDFB）激激光器和和更优良良的量子子阱激光光器。这这些技术术的解决决，使超超过1000kmm已上无无中继，容容量到达达Gbiit/ss的光通通信成为为现实。目前，全全世界广广泛应用用光纤通通信网络络，光纤纤用量超超过20000万万km，建建成了横横跨太平平洋、大大西洋的的海底光光缆线路路，见图图1-22，国际际上5665Mbbit/s高速速光纤通通信系统统（可传

10、传送76680路路双向电电话）已已广泛使使用，22.4GGbitt/s超超高速系系统也付付诸商用用。70年代代初，我我国已开开始光纤纤技术的的研究。70年年代末，制制造出衰衰减为44dB/km，11.3m波长长的光纤纤，并能能制造00.855m的LLED和和LD以以及Sii-APPD雪崩崩光电二二极管，实实验系统统码率为为8Mbbit/s。80年代代初，开开始研制制长波长长多模光光纤、长长波长激激光器和和PINN-FEET光电电检测组组件。882年在在武汉建建立了113多公公里的短短波长、长波长长实用市市内线路路，码率率为8MMbitt/s和和34 Mbiit/ss。80年代代末，研研制出单单

11、模光纤纤和1440Mbbit/s系统统，888年在武武汉建立立了单模模架空线线路，距距离为335公里里。19911年在合合肥和芜芜湖间建建成单模模直埋线线路，全全长1550kmm，从水水下跨越越长江。现在，国国内已广广泛使用用光纤通通信，至至今已敷敷设近6600000kmm光缆。如北京京-武汉汉-广州州，北京京-沈阳阳-哈尔尔滨国家家干线光光缆等，如如图1-3所示示。我国国幅员广广阔，光光纤通信信在不同同的地理理、气候候环境中中使用，在在北方要要求耐-40低温，在在南方的的架空光光缆要抗抗台风与与雷击，在在西北沙沙漠地带带，直埋埋光缆要要防风沙沙的袭击击，在华华东经济济发达地地区，如如在上海海

12、等建成成了5665Mbbit/s的高高速系统统，在华华中地区区如武汉汉，则建建成了跨跨长江的的水下线线路。我我国现已已有了一一定规模模的光纤纤通信产产业，能能生产光光纤、光光缆、光光电器件件、光端端机和光光仪表，国国产光纤纤衰减能能达到00.388 dBB/kmm（1.3m），其其产量包包括合资资生产年年约10000000kmm，如侯侯马光缆缆厂，武武汉长飞飞，成都都西门子子等。我我国能生生产少数数国家才才能生产产的长波波长激光光器、PPIN-FETT和nGGaAss/InnP-PPAD组组件，寿寿命可达达20000000小时，满满足商用用要求。国产光光端机的的传输码码率达到到1400Mbii

13、t/ss、5665Mbbit/s（PPDH系系统），990年代代随着SSDH技技术的发发展，又又相继推推出了1155MMbitt/s、6222Mbiit/ss甚至22.4GGbitt/s的的超高速速系统，如如“巨大中中华”（巨龙龙、大唐唐、中兴兴和华为为）等民民族企业业，其生生产的光光端机广广泛应用用于国家家一级干干线、二二级干线线（省级级）、本本地网和和市话网网。随着着接入网网络（AAN）技技术的成成熟，我我国光纤纤通信技技术将会会更快速速地发展展。未来光纤纤接入网网络FTTBFTTAFTTH模块局中心局长途光缆线路移动通信基站接入网光缆电缆图1-4 未来光纤接入网络到90年年代，通通信技术

14、术高速发发展，移移动通信信，卫星星传输和和光纤通通信，将将通信演演变为高高速、大大容量、数字化化和综合合的多媒媒体业务务。在IITU-T的推推动下，光光纤通信信的各种种标准纷纷纷制定定，如PPDH、SDHH、DWWDM、AN和和B-IISDNN等。因因此，美美国首先先提出建建立国家家信息高高速公路路的构想想：国家家信息基基础建设设（NIII），之之后各国国纷纷制制定计划划，并推推出全球球的信息息技术建建设计划划（GIII）。70年年代，光光纤网络络主要用用于市内内等大容容量业务务区，880年代代向市外外长途干干线发展展，到990年代代逐步向向用户方方向延伸伸，即所所谓光纤纤道路边边（FTTTC

15、）、光纤到到大楼（FFTTBB）直到到光纤到到家庭（FFTTHH）。目目前也有有采用电电缆到家家庭（如如：CAABLEE MOODEMM和ADDSL技技术）的的经济方方式，但但也可实实现光纤纤到公寓寓（FTTTA），见见图1-4。FTTAA、B、C构成成未来的的光纤接接入网络络，用户户可以采采用BRRI（22B+DD）的IISDNN设备实实现电话话、传真真、数据据和计算算机等通通信，利利用PRRI（330B+D）的的B-IISDNN设备则则可以完完成除HHi-FFi和TTV外的的所有业业务包含含在内，预预计到220200年，交交换中心心局到远远端模块块带宽达达到2.4Gbbit/s，远远端模块

16、块带宽到到用户间间带宽达达到6222Mbbit/s后，电电视信号号由MPPEG-1的334Mbbit/s压缩缩到200 Mbbit/s（MMPEGG-2），声声音由664Kbbit/s压缩缩到166 Kbbit/s，这这样，通通信、计计算机、广播电电视和其其它光通通信将构构成统一一的4CC网络（CCommmuniicattionn，Coompuuterr，Coonsuumerr & Coompoonennt）。光纤通信信原理光纤通信信系统如如图2-1所示示，电端端机（交交换机）将将来自信信号源的的信号进进行模/数转换换、多路路复用等等处理（11.444Mbiit/ss或2MMbitt/s，33

17、4Mbbit/S和1140MMbitt/s等等）送给给发光端端机，变变成光信信号，并并按SDDH的格格式输入入光纤，收收光端机机通过光光检测器器还原成成电信号号，放大大、整形形、恢复复后输入入到电端端机（交交换机或或远端模模块），完完成通信信。光端端机间的的传输距距离在长长波长达达到1000公里里，超过过距离则则用中继继器将光光纤衰减减和畸变变后的弱弱光信号号再生成成，继续续向前传传输。将将来，掺掺饵光发发大器可可实现全全光中继继。光纤通信信可采用用模拟和和数字调调制，由由于激光光器的线线性不够够理想，不不能像电电气中载载波模拟拟调制和和多路复复用，只只能用于于模拟电电视信号号的多路路复用，如

18、如光付载载波调制制技术。未来，包包括电视视在内的的光纤通通信将都都是数字字式的。在光端机机中，对对电信号号有两种种光调制制方法：其一是是在光源源如激光光器上调调制，产产生随电电信号变变化的光光信号，此此为直接接调制。其二为为外调制制，利用用电光晶晶体调制制器在光光源外部部调制，调调制速率率高。所所有的调调制速率率可达110220Gbbit/s，远远远低于于光纤的的传输带带宽（2200000Gbbit/s）。要充分分发挥光光纤的超超大容量量的通信信传输能能力，必必须采用用光频复复用的光光纤通信信系统，光光频复用用（FDDM）又又称光波波复用（WWDM），就就是在光光纤中同同时采用用许多不不同波长

19、长的光进进行传输输，光频频复用技技术可在在光纤中中开发出出10002000个光光频道，每每个频道道可容纳纳1020 Gbiit/ss的信息息容量，目目前以朗朗讯（LLUCEENT）为为首的通通信企业业已成功功开发了了WDMM产品，预预计下一一个世纪纪，随着着通信需需求的越越来越大大，WDDM通信信技术将将会广泛泛应用。光波光波与通通信用的的无线电电磁波一一样，也也是一种种电波，光光波的波波长很短短，或者者说频率率很高，达达到10013110144Hz，一一般无线线电磁波波可用作作广播电电台、电电视、移移动通信信的信号号传输，光光波也可可以，而而且是大大容量、高速度度、数字字化和综综合业务务的通

20、信信传输，所所不同的的是：一一般无线线电波通通过空气气传输，而而通信用用光波是是通过光光纤（OOptiic FFibeer）来来实现的的。是一一种有线线传输。如图2-2所示示光波在在电磁波波谱中的的位置，可可见光的的波长在在0.339m到00.766m，包包括红、橙、黄黄、绿、蓝、靛靛、紫，混混合而成成白光。红光的的波长长长。射线X射线紫外线可见光红外线电磁波可见光紫外线近红外中红外远红外0.006m300m0.39m0.76m15m25m红0.76m橙黄绿兰紫靛0.63m0.60m0.57m0.50m0.45m0.43m0.39m图2-2 光波波谱比红光波波长更长长的光，即即波长大大于0.7

21、6m，是是不可见见的红外外光，在在0.776m115m的光光波称为为近红外外波，在在15m225m称为为中红外外波，在在25m3300m称为为远红外外波。比比紫光波波长更短短的波为为不可见见的紫外外光，紫紫外光的的范围00.399m00.0006m，紫紫外光、可见光光和红外外光统称称光波。利用大气气传送的的光源如如氦氖激激光器波波长为00.63328m，是是可见的的红外光光；另一一种COO2激光器器波长为为10.6m，为为不可见见近红外外光。当当今通信信用传输输介质石英英光纤的的低衰减减“窗口”为0.6m11.6m的波波段范围围，是属属于可见见红外光光与不可可见近红红外光波波段上。1、光波波速

22、度光波与电电磁波在在真空中中的传输输速度为为c=33105km/s。光光在均匀匀介质中中直线传传播，速速度与介介质的折折射率成成反比，即即：式中，nn为介质质光折射射率，cc为真空空中的光光速。以以真空的的光折射射率为11，其它它介质的的折射率率大于11，因此此传输速速度比真真空中小小。其中中空气的的折射率率近视为为1，而而石英光光纤的折折射率为为1.4458，则则光波速速度为vv=2105km/s。光波的波波长（）、频频率（ff）和速速度之间间的关系系为：或11O2n2(玻璃)n1(空气)MMNN入射光反射光折射光图2-3 光的反射和折射2、光波波的折射射与反射射光在同一一均匀介介质中是是直

23、线传传播的，但但在两种种不同的的介质的的交界处处会发生生反射和和折射现现象，如如图2-3所示示。设MMM为空气气与玻璃璃的界面面，NNN为界面面的法线线，空气气折射率率n1玻璃璃折射率率n2。当入入射光到到MM与NNN的交接接处O点点时，发发生一部部分光反反射回空空气，另另一部分分光折射射到玻璃璃中。反射定律律：1=1；折射定律律：假设设光在空空气和玻玻璃中的的速度分分别为vv1和v2，则根根据波动动理论可可知： 因因此，可可推导出出：由此，对对折射率率较小的的物质称称为光疏疏介质，反反之为光光密介质质。2、光波波的全反反射00O2=90n2(玻璃)n1(空气)MMNN入射光反射光折射光图2-

24、4 光的全反射光从折折射率大大的介质质到折射射率小的的介质时时，根据据折射理理论，折折射角大大于入射射角，并并随入射射角增大大而增大大，当入入射角增增大到临临界角00时，折折射角2=900，如图图2-44，这时时光以11角全反反射回去去，从能能量角度度看，折折射光能能量越来来越小，反反射光能能量逐渐渐增大，直直到折射射光消失失。这种情情况下：即：3、光在在阶跃型型光纤中中的传播播如图2-5，纤纤芯的折折射率nn1包层层的折射射率n22，其折折射率分分布的数数学式如如下：光线以以光纤的的轴心线线平行射射入，则则直线向向前传播播。若光光线以光光纤端面面入射角角进入光光纤，则则在包层层产生包包层界面

25、面入射角角。因为为n1n2，包层层界面入入射角的的临界角角M，与临临界端面面入射角角a的关关系为：当a时，则则M（如图图中光线线），光光线有一一部分射射到包层层；当a时，则则M（如图图中光线线），光光现在纤纤芯和包包层的界界面不断断全反射射，在允允许的弯弯曲程度度内，只只要光纤纤是圆柱柱体，光光就能在在光纤中中转弯，产产生亿万万次以上上的全反反射（与与光纤的的长度、直径有有关）。光纤端面面的数值值孔径：光纤端面面的临界界角a称为为光纤的的孔径角角。可知知2a大小小为光纤纤可接收收光的角角度范围围，实际际上为圆圆锥角，因因此，a越大大，可接接收的光光越多，光光纤与光光源的耦耦合越方方便。设M为光

26、光纤芯与与包层的的临界角角，则有有：设光由折折射率为为 n00的空气气射入的的，令nn0=1，则则有：由上式得得：用n0=1和临临界角公公式代入入得：由于n11和n2相差很很小，所所以n11+n22 nn1+，并并定义= 为相相对折射射率差，则则有：其中，NN.A(Nummeriicall Appertturee)为数数值孔径径，当越大，孔孔径角也也越大。但实际际上大的的数值孔孔径会在在传输中中激起高高次模式式，使传传输带宽宽变窄，一一般多模模光纤=1%，M=0.14 radd8,当nn11.55时，则则N.AA=0.21。2、光在在聚焦型型光纤中中的传播播聚焦型光光纤又称称折射率率分布渐渐变

27、型光光纤，光光纤折射射率分布布如图22-6所所示，数数学表示示如下：上式中当当a=22时：聚焦型光光纤的折折射率，从从轴心沿沿半径方方向以平平方律抛抛物线形形状连续续下降，轴轴心线上上最大，边边缘最小小，因此此光传播播时，速速度不一一样，轴轴心线上上最慢，如如上图，平平行入射射的光，一一般形成成近似于于正弦曲曲线的传传播途径径，其中中1、22、3等等点为自自聚焦点点，各平平行光线线同时到到达。这这意味着着光纤具具有很宽宽的传输输带宽，可可以传送送图像，此此外，聚聚焦型光光纤没有有全反射射损耗。自聚焦型型光纤的的折射率率实现平平方律抛抛物线分分布很难难，如图图2-77所示，一一般采用用梯度型型分

28、布曲曲线，称称梯度型型光纤，利利用这种种技术可可制造多多模梯度度型光纤纤，其数数值孔径径如下：其中：nn（0）为为纤芯中中心折射射率，nn（a）为为芯层边边缘的折折射率光纤种类类光纤由折折射率较较高的纤纤芯（ccoree）和折折射率较较低的包包层（ccladddinng）组组成，在在包层外外面加上上塑料护护套，如如图2-8所示。光纤按材材料分为为：1、石英英光纤：石英玻玻璃（SSiO22）；2、多种种组份玻玻璃光纤纤；3、液芯芯光纤：细管内内采用传传光液体体；4、塑料料光纤：塑料为为材料的的传光传传图像光光纤；5、高强强度光纤纤：以石石英为纤纤芯和包包层，外外涂炭素素材料。按折射率率分布分分：

29、突变型光光纤；渐变型光光纤；W型光纤纤等。按光纤内内部能传传输的电电磁场的的总模数数（可激激励的总总模数）分分：单模光纤纤；多模光纤纤。按工作波波长分：1m以以下的短短波长光光纤（00.855m）；1m以以上的长长波长光光纤（第第一长波波长：11.311m，第第二长波波长1.55m和第第三长波波长1.62m）。当今用于于通信的的光纤，一一般为石石英光纤纤，外径径为1225m，传传输带宽宽极宽，通通信容量量巨大。材料纯纯度达到到99.99999999%，折折射率分分布十分分精确，这这样光纤纤的传输输带宽才才能达到到10KKHz/km1000KHzz/kmm以上，以以实现大大容量通通信。一般以康康

30、宁光纤纤的标准准：0.855m光纤纤传输率率耗：00.5ddB/kkm；1.300m光纤纤传输率率耗：00.388dB/km；1.311m光纤纤传输率率耗：00.355dB/km；1.555m光纤纤传输率率耗：00.255dB/km；1.6225m光纤纤传输率率耗：00.255dB/km。光纤衰减减光纤传输输中会产产生衰减减（率耗耗或损耗耗），公公式如下下：其中P出出P入为输入入和输出出端的光光功率。光纤的衰衰减来源源主要分分为：材料吸收收衰减吸收衰减减是光纤纤材料中中的某些些粒子吸吸收光能能而产生生振动，并并以热的的形式而而散失掉掉。原因因是材料料中存在在不需要要的杂质质离子，特特别是过过渡

31、金属属离子通通（Cuu2+）、铁（FFe2+）、铬铬（Crr3+）、钴（CCo2+）、锰锰（Mnn2+）、镍（NNi2+）、钒钒（V）等等和氢氧氧根负离离子（OOH-，又称称氢基）。其中，金金属离子子的吸收收波峰（吸吸收带）在在0.55m11.1m处，氢氢氧根负负离子的的基波吸吸收波峰峰在2.73m，二二次谐波波吸收波波峰在11.388m处，三三次谐波波吸收波波峰在00.955m。材料吸收收的衰减减要最低低，必须须对原材材料严格格化学提提纯，金金属离子子含量降降到pppb级，氢氢氧化合合物的杂杂质含量量在1pppm以以下。材料的本本征吸收收是固有有的，紫紫外吸收收的波长长在0.39m以下下，红

32、外外吸收的的波长范范围在11.8m以上上。光纤的散散射衰减减散射就是是在光纤纤中传输输遇到不不均匀或或不连续续的情况况时，会会有一部部分光散散射到各各个方向向上去，不不能到传传输终点点，从而而造成散散射衰减减。材料散射射制造中造造成的缺缺陷如，气气泡杂志志、不溶溶解粒子子及折晶晶等，引引起材料料散射。其次，材材料密度度的不均均匀造成成折射率率不均匀匀，引起起瑞利散散射，瑞瑞利散射射与波长长有关，与与光波的的长的44次方（4）成反比，波长越长，散射衰减越小，因此，长波长（1.1m1.65m）的衰减小于短波长（0.6m0.9m）的衰减。降低材料料散射衰衰减的办办法是在在熔炼光光纤预制制棒和拉拉丝时

33、，要要选择合合适的工工艺，清清洁的环环境。光纤波导导结构的的不完善善引起的的散射光波导导散射：光纤粗粗细不均均匀，截截面形状状改变，导导致光传传输时一一部分能能量辐射射出去。要求拉拉丝工艺艺保证质质量，借借助热状状态下的的玻璃表表面张力力，控制制光纤截截面的均均匀。包层与与纤芯间间的界面面凹凸不不平滑引引起的衰衰减光遇到不不平滑的的包层界界面，一一部分光光透过包包层出去去，引起起光的衰衰减，还还引起模模式变换换。总之，光光纤衰减减除了材材料吸收收和材料料散射外外，其它它由工艺艺技术造造成，衰衰减很大大时（10ddB/kkm），属属于材料料吸收为为主，而而通信中中的衰减减主要来来自波导导散射和和

34、材料散散射。如图2-9所示示，光衰衰减与波波长有关关，从曲曲线可知知，石英英光纤由由三个衰衰减区（又又称作低低率耗“窗口”），第第一衰减减区为00.6m00.9m，为为短波长长低率耗耗区。第第二和第第三衰减减区分别别为1.0m11.355m和11.455m11.8m，为为长波长长低衰耗耗区。光纤弯曲曲衰减、微弯衰衰减和接接头衰减减弯曲衰衰减：光光纤可弯弯曲，如如果曲率率半径过过小，光光就会从从包层泄泄漏，因因此在光光纤制成成缆、现现场铺设设（管道道转弯）、光缆接接头盒等等场合可可能出现现弯曲衰衰减，描描述为：其中，RR为弯曲曲半径，AA、B与与光纤参参数（纤纤芯半径径a，光光纤外径径2b，相相

35、对折射射率差）有关关的待定定常数。微弯衰衰减微弯是随随机的，其其曲率半半径与光光纤横截截面尺寸寸相比拟拟的畸变变。常发发生在套套塑、成成蓝、周周围温度度变化。微弯衰衰减是光光纤随机机畸变的的高次模模与辐射射模之间间的耦合合模所引引起的光光功率损损耗。大大小表示示为：其中：NN是随机机微弯的的个数；h是微微弯凸起起的高度度；表示统统计平均均符号；E是涂涂层料的的杨氏模模量；EEf是光纤纤的杨氏氏模量；a为纤纤芯半径径；b为为光纤外外半径；微光纤纤的相对对折射率率差。接头衰衰减光通信中中两个中中继站之之间的长长光纤，是是由许许许多多的的短光纤纤连接起起来的（一一般每22km一一段），采采用熔接接（

36、0.005dBB）或冷冷接(0.11dB)的技术术，因此此存在接接头损耗耗，一般般的熔接接要求两两根光纤纤的轴心心偏移不不超过110%。光纤的涂涂覆与套套塑光纤的一一次涂覆覆通用光纤纤的外径径按ITTU-TT的规定定为1225m，其其中单模模光纤纤纤芯在88m 25m，多多模光纤纤纤芯在在15m 50m。玻玻璃是脆脆性断裂裂材料，在在空气中中裸露会会发生腐腐蚀，只只要用1100克克左右的的拉力就就可以导导致光纤纤断裂。为保护护光纤的的表面，提提高抗拉拉强度和和抗弯曲曲度，需需要给光光纤涂覆覆硅酮树树脂或聚聚氨甲酸酸乙脂。通常采用用两次涂涂覆，第第一层用用变性硅硅酮树脂脂，可吸吸收包层层透过的的

37、光；第第二层采采用普通通的硅酮酮树脂，涂涂层较厚厚有利于于提高低低温和抗抗微弯性性能。紧套光纤纤：如跳跳线（jjumpper）和和尾纤（ppigttaill），低低温性能能好，两两次涂覆覆后光纤纤的外径径为9000m。松套光纤纤：裸纤纤（baare fibber），涂涂料采用用多种颜颜色的丙丙烯酸脂脂类材料料，涂层层为1225m。光纤的二二次涂覆覆（被覆覆、套塑塑）为了便于于操作和和提高光光纤成缆缆时的抗抗张力，在在一次涂涂覆的基基础上再再套上尼尼龙、聚聚乙烯或或聚酯等等塑料。以保护护光纤的的一次涂涂覆，提提高机械械强度。松套在一一次涂覆覆层的外外面，再再包上塑塑料套管管，套管管中注入入防水油

38、油膏，塑塑料套管管的膨胀胀系数比比石英光光纤大三三个数量量级，光光纤的纤纤心到套套管中心心距离大大于0.3mmm，使光光纤在套套管收缩缩依旧可可在管内内滑动。紧套在一一次涂覆覆层外再再紧紧套套上尼龙龙或聚乙乙烯等塑塑料，光光纤不能能自由活活动。如如图2-10。近几年，已已开发出出高弹性性模量，低低线胀系系数的液液晶聚酯酯套塑材材料，是是海底光光缆高强强度光纤纤和高寒寒地区光光缆光纤纤的优秀秀套材料料。光纤的连连接光通信系系统的构构成，除除了光源源和光检检测器件件外，还还有一些些不用电电源的光光通路元元器件无源源光器件件。在安安装任何何光纤通通信系统统时，必必须考虑虑以低损损耗的方方式把光光纤连

39、接接起来，要要求尽量量减少在在连接的的地方出出现的光光的反射射。光纤的连连接有永永久性和和活动性性两种，永永久性连连接的称称固定街街头，使使用熔接接（热接接）或冷冷接（接接续子）；活动接接头为或或接头（机机械接头头），用用砝琅盘盘、FCC/PCC、SCC等活动动连接器器。光纤作为为光波导导遇到不不连续点点就产生生损耗或或反射，无无论是固固定接头头或活动动街头，都都是特定定的不连连续点。对于固固定接头头，光波波将产生生较大的的瑞利散散射，对对于活动动接头，则则是更大大的菲涅涅尔反射射。光纤的连连接原理理两条光纤纤的几何何位置、光纤的的端面情情况和光光纤本身身特性参参数的不不匹配，都都会产生生连续

40、损损耗。如图3-1所示示，当两两条光纤纤轴线平平行，轴轴线横向向或侧向向偏移dd；当两两条光纤纤轴线平平行，轴轴线纵向向偏移ss；当两两条光纤纤轴线成成角度，产产生角度度偏移时，产产生连接接损耗，其其中横向向偏移损损耗最大大最常见见。设在在横向偏偏移d，纤纤芯a之之内的光光功率分分布完全全均匀，端端面上的的数值孔孔径为常常数，则则发射光光纤耦合合到接收收光纤的的光功率率与两个个纤芯的的公共面面积成正正比，可可证明：对于阶跃跃光纤，其其耦合效效率等于于公共面面积与两两根光纤纤的各自自面积比比：纵向偏移移引起的的损耗，发发射光纤纤的光只只有部分分进入接接收光纤纤，数值值孔径角角c越大大，距离离s越

41、大大，则耦耦合损耗耗也越大大。同样偏移移角越大大，则耦耦合损耗耗也越大大。图33-2为几何何偏移引引入的损损耗与偏偏移量大大小的关关系，其其中横向向偏移的的损耗最最大。因因此，对对于活动动连接器器，为了了避免端端面的摩摩擦而人人为引入入0.0025mmm00.1mmm的间间距，如如果光纤纤的纤芯芯为500m的多多模光纤纤，则插插入损耗耗为0.8dBB；如果果为单模模光纤，插插入损耗耗一般在在0.55dB。单模光纤纤在传导导模场近近似于高高斯分布布的条件件下，其其连接损损耗为：式中：aa为光纤纤间的轴轴偏移量量；w为为光纤模模场半径径。如模模场半径径w=44.9m，如果轴轴偏移量量a=11m，则

42、则损耗为为L=00.188 dBB。除了几几何偏移移外，在在制造中中因为两两根光纤纤几何特特性和波波导特性性的差异异，也产产生耦合合损耗。包括：光纤的的芯径、纤芯的的椭圆度度、数值值孔径、剖面折折射率分分布以及及纤芯与与包层的的同心度度等。连接两两根光纤纤之前，必必须准备备光纤的的端面，保保证平滑滑与轴线线垂直，防防止连接接点的偏偏转与散散射。一一般的方方法有研研磨、抛抛光与切切割。研研磨和抛抛光可得得到较好好的端面面，但不不用于现现场，切切割需要要在光纤纤划一道道刻痕，利利用表面面产生应应力集中中而折断断，应力力控制不不好，将将产生裂裂纹分叉叉。总之，光光纤的连连接可分分为：光纤的永永久连接

43、接光纤的熔熔接技术术70年代代初，已已使用镍镍铬丝通通电作为为热源，对对光纤进进行熔接接；中期期开始采采用电弧弧放电法法，用微微机机构构和显微微镜来控控制光纤纤对正。80年年代采用用“预加热热熔接法法”，通过过电弧对对光纤端端面进行行预热整整形，然然后再放放电。这这就是光光纤熔接接机的基基本原理理。目前前最好的的熔接机机对单模模光纤的的平均损损耗到达达0.003dBB。熔接的过过程包括括端面的的准备、纤芯的的对正、熔接和和接头增增强等。端面准备备：使用用切割刀刀，如ssimeens的的A8切切割刀，谷谷河的11-2-3切割割刀。纤芯对正正：PAAS技术术通过CCCD摄摄像和计计算机处处理，在在

44、X、YY、Z轴轴3个方方向进行行最佳对对正，如如simmenss的L-PASS和LIID系统统，通过过自身发发射激光光并检测测最大的的光功率率来调整整对正。熔接：让让两根光光纤保持持几微米米的间隙隙进行预预熔。最最后通过过高温电电弧使光光纤熔接接在一起起，siimenns的LLID系系统通过过发射激激光可以以调节放放电时间间，达到到最佳熔熔接效果果。之后后，用大大约4牛牛顿的力力进行拉拉力测试试。目前前的熔接接机对正正和熔接接、拉力力测试可可全自动动进行。接头增强强：用热热缩管对对熔接点点进行保保护和增增强。胶接法原原理与熔熔接雷同同。固定连接接器技术术图3-33为常用用固定连连接器外外形。A

45、A为依靠靠毛细管管定位的的连接器器，如33M的接接续子，ssimeencee的caamspplicce；BB、C、D为VV型槽连连接，VV型槽角角度一般般为600度左右右，如33M的接接续子，ssimeencee的caamspplicce。固固定连接接器的损损耗一般般在1 dB左左右。光纤的活活动连接接光纤的活活动连接接器可重重复拆装装，形似似电缆连连接器，但但加工精精度高，主主要是保保证插入入损耗小小，重复复性好。光纤活活动连接接器广泛泛应用于于传输线线路，光光配线架架和光测测试仪表表中。光纤活动动连接器器种类按按结构调调心型和和非调心心型；按按连接方方式分对对接耦合合式和透透镜耦合合式；按

46、按光纤相相互接触触关系分分平面接接触式和和球面接接触式等等。使用用最多的的是非调调心型对对接耦合合式如平平面对接接式（FFC），直直接接触触式（PPC），矩矩形（SSC）活活动连接接器。还还有APPC、SST等。FC型光光纤活动动连接器器如图3-4，FCC连接器器由插针针体a、插针体体b与套套筒等组组成。插插针体aa装发射射光纤，插插针体bb装接收收光纤，将将a、bb同时插插入套筒筒，再将将螺旋拧拧紧，实实现光纤纤的对接接耦合。FC由由于平面面接触产产生空隙隙，使光光在石英英玻璃和和空气间间产生菲菲涅尔反反射。PC型光光纤活动动连接器器对于FCC的问题题，PCC将插针针套筒端端面磨成成凸球面面

47、，使光光纤能够够直接接接触，PPC型连连接器插插入损耗耗小，反反射损耗耗大（发发射光少少），性性能定。PC的的球面曲曲率直径径为200mm，与与模场直直径为99m左右右的单模模光纤相相配。FC与PPC基本本上一样样，习惯惯上称FFC/PPC，插插针套筒筒核对中中套筒采采用不锈锈钢或陶陶瓷。不不锈钢加加工困难难，陶瓷瓷材料一一般为氧氧化锆和和氧化铝铝两种，氧氧化铝硬硬于氧化化高，可可用氧化化铝作为为插针套套筒，用用氧化锆锆作为对对正套筒筒，但陶陶瓷易碎碎。SC型光光纤活动动连接器器在计算机机的FDDDI光光纤网络络中，一一般使用用SC活活动连接接器，FFC/PPC通过过旋转耦耦合，而而SC属属于

48、插拔拔式，易易于高密密度安装装。SCC插针套套筒为氧氧化锆整整体型。3M的VVF-445光纤纤活动连连接器在最近，33M公司司同样推推出了用用于光纤纤网络的的VF-45连连接器，大大小如双双绞线的的RJ-45，也也是插拨拨式，比比SC成成本低。光缆光纤虽然然具有一一定的抗抗拉强度度，但是是经不起起实用场场合的弯弯曲、扭扭曲和侧侧压力的的作用。因此，必必须象通通信用的的铜缆一一样，借借用传统统的矫合合、套塑塑、金属属带铠装装等成缆缆工艺，并并在缆芯芯中放置置强度元元件材料料，制成成不同环环境下使使用的多多品种光光缆，使使之能适适应工程程要求的的敷设条条件，承承受实用用条件下下的抗拉拉、抗冲冲击、

49、抗抗弯、抗抗扭曲等等机械性性能，以以保证光光纤原有有的好的的传输性性能不变变。光缆性性能的好好坏在很很大程度度上决定定于光纤纤性能的的好坏，因因此，首首先光纤纤必须符符合ITTU-TT规定的的技术指指标要求求。光纤纤在成缆缆绞合、铠装、敷设安安装和气气候环境境温度变变化的情情况下会会引起衰衰耗的增增加，例例如光纤纤套塑材材料（聚聚乙烯、尼龙、聚丙烯烯等）的的膨胀系系数比石石英玻璃璃光纤大大3个数数量级，因因此在低低温收缩缩时会使使光纤的的微弯增增大，为为了避免免上述有有害的现现象，在在生产中中采用紧紧套光纤纤、松套套光纤结结构。同时光光纤必须须能够承承受足够够的拉力力，纯净净光纤本本身的拉拉力

50、极大大，达到到20000kgg/mmm2，但是是由于杂杂质、旗旗袍、微微粒等原原因，拉拉丝的平平均强度度只有110-330 kkg/mmm2，换算算成1225m的的标准通通信光纤纤的断裂裂强度为为4.889kgg。但目目前国内内外厂家家的光纤纤平均抗抗拉强度度在6000-8800gg左右。光缆的种种类和结结构根据我国国光缆生生产的实实际情况况和各地地区使用用条件的的不同，光光缆品种种可按照照下表分分类，使使用温度度范围可可分为所所示四级级。北方方地区多多用A、B两种种，南方方地区多多用C、D两种种。层绞式光光缆层绞式光光缆一般般由松套套光纤以以制电缆缆的方式式构成的的光缆（古古典市），这这种结

51、构构在全世世界应用用广泛，是是早期光光通信常常用的光光缆。这这种光缆缆一般为为6-112芯光光纤，按按管道、加恐和和直埋的的敷设要要求其保保护层稍稍有不同同，一般般来说，在在市话网网络中采采用管道道，在长长途线路路上采用用直埋，在在乡村等等采用架架空。如如图3-5所示示6芯松套套层绞式式光缆，中中间为实实心钢丝丝和纤维维增强塑塑料（FFRP，无无金属光光缆），松松套光纤纤扭绞在在中心增增强件周周围，用用包带固固定，外外面增加加皱纹钢钢（凯装装甲），外外护套采采用PVVC或AAL-PPE粘接接护层。光纤在在塑料套套管中有有一定的的余长，使使光缆在在被拉伸伸时有活活动的余余地，因因此，光光缆长度度

52、不等于于光纤的的长度，一一般采用用光缆系系数来描描述两者者的比例例。骨架式光光缆骨架式光光缆使光光纤放在在独立的的塑料套套管或骨骨架槽内内，骨架架材料用用低密度度聚乙烯烯，加强强芯采用用多古稀稀钢丝或或增强型型塑料，如如图3-6所是是骨架式式光缆，就就是由44基本骨骨架构成成。束管式光光缆对光纤的的保护来来说，束束管式结结构光缆缆最合理理，如图图美国朗朗讯（LLUCEENT）的的LXEE光缆，利利用放置置在护层层中的两两根单股股钢丝作作为两根根加强芯芯，光缆缆强度好好，尤其其耐侧压压，在束束管中光光纤的数数量灵活活，如LLXE光光缆外径径为111.0mmm（552kgg/kmm）的光光纤容量量为4-48芯芯，外径径为133.3mmm（557kgg/kmm）的光光纤容量量为500966芯。带状光缆缆带状光缆缆