通信线路施工与维护(第二版) 课件 02-光纤基础

光纤基础复习与回顾光纤通信的概念及系统组成；通信线路的分类；光纤通信的特点

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容量大，中继距离长，原材料丰富，抗电磁干扰，尺寸小重量轻、便于施工，保密性好。缺点？光纤弯曲半径不能太小。（施工时注意弯曲半径）光缆怕水（OH－吸收，共价键断裂变脆，锈蚀金属构件，水结冰）光纤机械强度、可绕性能较差。光纤连接、分路、耦合技术要求较高。光纤通信的缺点:光纤为何具有这些特点呢？在本次课寻找答案。光纤基础知识

1.光纤的结构★

2.光纤的导光原理

3.光纤的分类4.光纤的特性★●5.光纤的G标准★重点●难点10（50/62.5）μm125μmn1n2250μm包层纤芯一次涂覆层纤芯包层涂覆层：保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤导光，使光信号封闭在纤芯中传输裸纤素纤一、光纤的结构素纤序号123456789101112素纤色谱蓝橙绿棕灰白红黑黄紫粉红青绿一、光纤的结构作用：保护一次涂覆光纤，提高光纤的机械强度。方法：在带有一次涂覆的光纤再套上一层热塑性材料。分类：紧套在素纤上再紧紧的套一层聚乙烯塑料。

松套在多根素纤外包覆塑料管。二次涂覆层松套光纤松套管紧套光纤二次涂覆缓冲层特点及应用紧套光纤：结构简单，使用方便；抗拉强度高；抗侧压性能差；温度特性差。主要用于室内、机架间连线。尾纤，抢通光缆。松套光纤：机械性能、温度特性、防水性能好；便于成缆；大量用于普通光缆。一、光纤的结构n1n2光波在光纤中是以全反射的形式传播的。

实现全反射的条件：纤芯的折射率一定要大于光纤包层的折射率；进入光纤的光线向纤芯-包层界面入射时，入射角应大于临界角。二、光纤的导光原理n1n2光纤端面的入射角要小于数值孔径（NA）角

导光原理：光纤之所以能够导光，就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角内的光线都能收集到光纤中，并在芯包边界以内发生全反射，从而将光限制在光纤中传播。二、光纤的导光原理RXTXODFDDFOLTDDFODFTXRXOLT光缆尾纤

光纤作为光纤通信系统的物理传输媒质，其种类及特性决定着光缆线路的传输容量和距离。三、光纤的分类1.按制造原材料石英光纤：一般由石英芯和石英包层组成，目前通信用光纤绝大多数是石英光纤。全塑光纤：纤芯较大，直径100～600μm，耦合效率高。其损耗比石英光纤大，用于室内短距离通信，如计算机连网和船舶内的通信。三、光纤的分类2.按折射率分布阶跃型光纤（SIF：StepIndexFiber）

其纤芯的折射率均匀并具有阶梯状的折射率分布，目前单模光纤多属此类，最早的多模光纤也属此类。渐变型光纤（GIF：GradedIndexFiber）

该光纤具有象透镜那样“自聚焦”特点，对光脉冲的展宽较小，目前多模光纤均为此类。三、光纤的分类阶跃型光纤渐变型光纤三、光纤的分类阶跃型光纤光路渐变型光纤光路自聚焦作用三、光纤的分类控制波导色散，改善光纤的弯曲特性。改善光纤的弯曲特性。使截止波长，零色散波长最佳。三、光纤的分类3.按传输模式的数量单模光纤：纤芯直径较小（8－12μm)，只能支持一个模式的光波传输，适用于长距离传输。多模光纤：芯径为50μm或62.5μm，可以支持若干个模式的光波传输，适用于短距离传输，如局域网、校园网。阶跃型多模光纤渐变型多模光纤单模光纤横截面折射率分布三、光纤的分类4.按工作波长短波长光纤：工作波长0.7－0.9μm，短距离、小容量通信系统。长波长光纤：工作波长1.1－1.6μm，中长距离、大容量通信系统。超长波长光纤：工作波长大于2μm，损耗特别低，发展方向。三、光纤的分类ITU-T定义的光波分复用的波段O波段（Originalband原始波段）1260-1360nm

E波段（Extendedband扩展波段）1360-1460nm

S波段（Shortband短波段）1460-1530nm

C波段（Conventionalband常规波段）1530-1565nm

L波段（Longband长波段）1565-1625nm

U波段（Ultra-longband超长波段）1625-1675nm传输窗口1.短波长窗口：0.85μm2.长波长窗口：.31μm、.55μm3.

C波段：1.530~1.565μm

L波段：1.565~1.625μm

S波段：1.460~1.530μm0.8

0.91.0

1.1

1.21.3

1.41.5

1.6λ(μm)

光纤的损耗谱曲线123456OHˉ吸收峰三、光纤的分类四、光纤的特性1.光纤的几何特性

纤芯直径

纤芯/包层同心度

包层外径d=（dx+dy）/2

包层不圆度（|dmax-dmin|/d）

涂层外径包层/涂层同心度dxdy光纤的几何尺寸参数四、光纤的特性2.光纤的光学特性（1）模场直径

基模的电场强度分布，描述单模光纤中光能量集中程度的一个重要参数。四、光纤的特性折射率分布、数值孔径、模场直径（单模）、截止波长（单模）（2）截止波长

单模光纤特有的结构参数，光纤是否工作于单模状态完全取决于其中传播光的波长，当工作波长大于截止波长时，只能传输基模（即单模传输）；工作波长小于截止波长时，除基模外，高次模也可传输，此时光纤为多模传输。四、光纤的特性3.光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括光纤的衰减特性和色散特性。（1）衰减特性P0PLL衰减系数练习：

光经过10km光纤的传输，输出光功率下降到输入光功率的1/2，这段光纤的衰减系数？四、光纤的特性①相对功率电平光纤通信中常用分贝（dB）来表示光信号功率的损耗或增益；相对功率电平：以P2作为基准功率，则某一点的光功率P1相对于光功率P2的分贝值，常用dBr表示。四、光纤的特性②绝对功率电平相对于基准功率1mW时，用分贝表示的某一点的功率电平，常用dBm表示。绝对功率绝对功率电平1mW0dBm2mW3dBm1W30dBm0.1mW-10dBm1nW-60dBm绝对功率绝对功率电平4mW6dBm5mW7dBm0.5dBm-3dBm0.001dBm-30dBm40mW四、光纤的特性衰减机理吸收损耗本征吸收损耗机理散射损耗弯曲损耗杂质吸收原子缺陷吸收紫外吸收

红外吸收

OH－吸收

过渡金属离子吸收瑞利散射

结构不完善引起的散射

光纤弯曲

光纤微弯

四、光纤的特性四、光纤的特性（2）色散特性（2）色散特性

由于光纤中传输的光信号是由不同频率和不同模式的光组成的，这些不同频率和不同模式的光传播速度不同，经过一定距离的光纤传输后，不同成份之间出现时延差，从而使光脉冲发生展宽的现象称为色散。时延差越大，色散越严重。模式（间）色散：只存在于多模光纤中；色散特性材料色散：折射率随传输波长变化引起的；波导色散：（结构色散）由于光纤结构不完善引起的；偏振模色散：两个偏振方向的传播速度不一致引起的。色散会产生码间干扰，严重时会产生误码。40km后60km后80km后输入101输出111四、光纤的特性引起脉冲展宽，限制传输速率四、光纤的特性4.光纤的机械特性光纤的机械特性主要包括拉力强度和静态疲劳。（1）拉力强度

由于光纤的表面有微裂纹，应力将集中到微裂纹处，一旦应力超过微裂纹处的容许应力，微裂纹就立即扩大，直到断裂为止。

加在微裂纹尖端的应力与拉力成正比，微裂纹越深、越尖，光纤容许的应力就越小，整条光纤的拉力强度由光纤表面最深的微裂纹决定。

光纤的拉力强度依光纤的长度而变化。光纤越长，存在微裂纹的概率就越大，对于同样拉力负载的断裂概率就越大，因此在评估不同长度光纤的拉力强度时，要经长度的换算。四、光纤的特性（2）静态疲劳

当光纤在断裂应力以下，由于离子化了的水分与光纤表面发生反应成为弱耦合的氢氧根，氢氧根耦合随施加的应力开始分离，这一分离使微裂纹扩大，成为更深的微裂纹，最后当施加于微裂纹的应力超过断裂应力时光纤就发生断裂。

主要原因：是光纤周围存在水分，水分使二氧化硅中的共价键断裂，使光纤强度降低，腐蚀的速度随应力而增大，应力必须达到某一水平，静态疲劳才会发生，因此光缆施工时尽量做到光缆没有残余应力。静态疲劳发生要有三个因素：微裂纹、水分和一定的应力。四、光纤的特性5.光纤的温度特性0-20-40-60温度（

C）1020φ=125μmλ=0.85μm损耗增量（dB/km）高、低温条件下对光纤衰减变化的影响。

原因：光纤与涂覆层、套塑层所用材料的线膨胀系数不同导致。四、光纤的特性三、光纤的G标准2.G.652光纤3.G.653光纤4.G.654光纤5.G.655光纤1.G.651光纤6.G.656光纤7.G.657光纤8.色散补偿光纤G.651光纤又称为多模光纤，主要用于短距离的光纤通信中，如数据链路、局域网、传感线路等。

G.652光纤是目前广泛使用的常规单模光纤，零色散波长范围在1300nm～1324nm之间。适用于1310nm和1550nm窗口工作。损耗：1310nm﹥1550nm色散：1310nm﹤1550nm

G.652光纤设计简单、生产工艺成熟、成本低，今后仍将继续在光纤通信传送网中使用。G.653光纤又称为（零）色散位移光纤，零色散波长范围在1525nm～1575nm之间。而1550nm附近正是光纤的的最小衰减窗口，因此G.653光纤通常工作在1550nm波长窗口，以实现高速时分复用（TDM）系统的长距离传输。

G.653光纤存在四波混频效应。实现多波长波分复用（WDM）较困难。G.654光纤又称为截止波长光纤，只能工作在1550nm波长窗口，在1550nm波长的损耗最小。设计思想：重点降低1550nm波长处的衰减，其零色散点仍在1310nm附近，因此1550nm的色散较高，必须用单纵模激光器才能减小色散的影响。主要用于需要很长再生段距离的海底光缆系统。

G.655光纤又称为非零色散位移光纤，一般将零色散点移到1570nm以上，1530nm～1565nm色散系数保持较小值（0.1～6.0ps/nm·Km）。既可以开通高速TDM系统，以可以开通多波长DWDM系统。G.656光纤又称为宽带非零色散位移光纤，要求在1460nm～1625nm波长范围具有正色散系数值，色散斜率基本为零；能有效抑制DWDM系统的非线性效应，又能降低系统的色散补偿成本。G.657光纤又称为接入网用弯曲衰减光纤不敏感光纤具有优异的耐弯曲特性，弯曲半径G.652光纤的1/2~1/4；主要应用于环境复杂、施工困难接入网（FTTH）中。色散补偿光纤在1550nm处具有负色散系数，G.652光纤在1550nm处具有正色散系数，两种光纤配合使用，可以降低光纤的总色散，甚至为零。小结