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光纤光缆基本知识


光纤和光缆基础知识

光纤光缆基本知识
一、 光纤通信及发展史 1、1966 年英籍华人高锟提出“光纤通信”. 2、以激光为光源,经光纤为传输媒质的通信方式,叫做光纤通信. 3、1983 年武汉三镇使用光纤通信投入电话网中使用,标志着我国光纤通信进入使 用阶段. 二、 光通信原理介绍及光纤通信的特点 1、全反射原理:1)光从光密介质射入光疏介质。

2)入射角大于临界角。 2、光通信特点: 优点:1)传输频带宽、通信容量大 2) 中继距离远、损耗低 3)抗电磁能力强、无串话 4)重量轻 5)资源丰富 6)抗化学腐蚀、柔软可绕 缺点:1)强度不如金属 2)连接比较困难 3)分路耦合不变 4)弯曲半径不宜太小 5)传输能量比较困难 三、光纤通信系统的组成 光发送 光传输 光接收 光端机 四、光纤简介 1、光纤的结构:由纤芯、包层、涂覆层组成 2、光纤分类:1)按材料组成分:玻璃光纤、塑料光纤 2)按传输模式分:单模光纤、多模光纤 3)按折射率分布分:突变型、渐变型、阶跃型 IEC(国际电委员会) B1.1 B1.2 B2 B3 B4 B1.3 ITU(国际电信联盟) G652A、G652B G654 G653 / G655 G652C、G652D 普通光纤 普通截止波长位移光纤 色散位移光纤 色散平坦光纤 非零色散位移光纤

全波光纤

单模光纤 G652 折射率:1310nm 1.4677

1550nm

1.4682

G655 折射率:1550nm 1.4690 多模光纤 芯径 62.5um A1b 折射率:850nm 1.496

1300nm

1.487

芯径 50um A1a 折射率:850nm 1.482 1300nm 1.477 3、常用光纤的主要技术特性及部分指标介绍 指标的介绍: 1) 衰减:光在光纤中传输时能量的损耗 2) 色散:光脉冲在光纤中传输时脉冲的展宽 3) 偏振模色散:基模可分解成两个垂直相交的偏振模,光脉冲在光纤中传输时现两个 垂直的偏振模间的时延差 4) 光纤几何参数:包层直径、涂层直径、光纤不圆度 同心度误差:芯/包层<1um 涂覆层/包层<12um 不圆度=长轴直径-短轴直径/标准值 4、模场直径:基模光斑的大小 标准:9.2+0.4um 模:光在光纤中的传输方式(单模、多模) 纤芯直径:8.3um 5、截止波长:保证光纤以基模传输的最小波长(G652 1100-1330nm) 常用光纤的主要技术特性 G652 衰 减 1310nm≤0.36dB/km 1550nm≤0.22dB/km 模场直径 1310nm 9.3+0.5um 1550nm 10.5+0.8um 包层直径 125+1.0um 包层不圆度 ≤02% 模场/包层同心度误差 ≤1um 涂层直径 245+5um 涂层不圆度 / 涂层与包层同心度误差 <12um 截止波长 1100nm≤λ c≤1330nm 零色散波长 1300nm-1324nm 2 零色散斜率 ≤0.093Ps/nm .km 1288-1339nm 波长范围内色散系数≤3.5 Ps/nm.km 1271-1360nm 波长范围内色散系数≤5.3 Ps/nm.km 1550nm 波长范围内色散系数 ≤17 Ps/nm.km 衰减不连续性—--在 1310nm 或 1550nm 处均没有大于 0.01dB 的不连续点, 实际 一般控制≤0.03dB. 衰减不均匀性----在光纤后向散射曲线上,任意 500 米长度上的实测衰减值与 全长平均每 500 米的衰减值之差的最坏值应≤0.05dB. 外观检查----排丝整齐,颜色鲜明涂覆层牢固光洁,不脱皮. G655 (康宁 LEAF、朗讯真波、长飞大保实) 康宁 LEAF :衰 减: 1550nm ≤ 0.22dB/km 模场直径(MFD) :9.5±0.6um 截止波长(λ cc) 1470nm



散:1530-1565nm 2.0-6.0 PS/nm.km 1565-1625nm 4.5-11.2 PS/nm.km 2 零色散斜率 ≤0.1Ps/nm .km PMD ≤0.1PS/km
1/2

朗讯真波: 衰减:1550nm≤ 0.22dB/km 模场直径(MFD) :9.4±0.6um 截止波长(λ cc) 1260nm 色 散:1530-1565nm 2.0-6.0 PS/nm.km 1565-1625nm 4.0-8.6 PS/nm.km 2 零色散斜率 ≤0.05Ps/nm .km PMD ≤0.5PS/km
1/2

光缆的简单介绍 1、 缆的分类 按光纤类别分:单模光纤光缆、多模光纤光缆 按缆芯结构分:中心束管式、层绞式、骨架式 层绞式 把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。这种结构的缆芯制造设备简 单,工艺相当成熟,得到广泛应用。采用松套光纤的缆芯可以增强抗拉强 度,改善温度特性。 骨架式 把紧套光缆或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内 而构成。这种结构的缆芯抗侧压力性能好,有利于对光纤的保护。 中心束管式 把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中,加强件配置在套管周围而构 成。这种结构的加强件同时起着护套的部分作用,有利于减轻光缆的 重量。 按敷设方式分:架空、管道、直埋、水底 按使用环境分:室外、室内 2、 定义: 光 纤:光导纤维的简称,即用来通光传输的石英玻璃丝 光 缆:以光纤为主要通信元件,有时辅加联络信号红,通过加强构件及外护层 组合而成的整体 单模光纤:只能传输一种模式(基模或最低阶模)的光纤 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通过 截止波长:保证光纤基模传输的最小波长 光纤着色:在本色光纤表面涂上油墨并经过固化使之保持较强附着力的一个过程 要求:1)颜色鲜明易区分 2)颜色层不易脱落 3)与油膏相容性好 3、光纤全色谱: 蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿 光纤常规色谱(新) :蓝、橙、绿、棕、灰、本、红、黑、黄、紫、粉红、青绿 光纤常规色谱(旧) :本、蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红

塑:又称二次被覆,即对一次涂覆的光纤进行第二层保护 要求:1)光纤松套套塑是光缆制造中的关键工序为光纤提供了进一步的 保护且制造余长 2)其芯数一般为 2-12 芯 4、余 长=(L 光纤-L 套管)/L 套管×1000%0 一次被覆光纤的机械强度, 对于成缆的要求还是不够的。 因此要用硬塑料进行二次被覆。 二次被覆光纤有紧套、松套、大套管和带状线光纤四种



二次被覆光纤(芯线)简图 (a)紧套;(b)松套;(c)大套管;(d)带状线
5、成 缆:是将若干根含光纤的套管与加强件等组合起来构成光缆的过程 目的:产生二次余长,抗机械性能和环境温度变化 成缆绞合方式:1)往复(SZ)绞合工艺 2)螺旋绞合

缆芯 缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分。被覆光纤是光缆的核心,决定 着光缆的传输特性。加强件起着承受光缆拉力的作用,通常处在缆芯中心,有时配置在护套 中。加强件通常用杨氏模量大的钢丝或非金属材料例如芳纶纤维(Kevlar)做成。 护套 护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用,要求具有良好的抗侧压力性能及密封防 潮和耐腐蚀的能力。护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE 或 PVC)和铝带或钢带构成。不同使 用环境和敷设方式对护套的材料和结构有不同的要求。 根据使用条件, 光缆又可以分为许多 类型。 6 、光缆 对光缆的基本要求是保护光纤的机械强度和传输特性,防止施工过程和使用期间光纤 断裂,保持传输特性稳定。为此,必须根据使用环境设计各种结构的光缆,以保证光纤不受 应力的作用和有害物质的侵蚀。

1. 光缆结构和类型 光缆一般由缆芯和护套两部分组成,有时在护套外面加有铠装。

光缆类型的典型实例 (a)6 芯紧套层绞式光缆 (架空、 管道) (b)12 芯松套层绞式光缆 ; (直埋防蚁) ; (c)12 芯骨架式光缆(直埋) ; (e)108 芯带状光缆; (g)浅海光缆;
2. 光缆特性 光缆的传输特性取决于被覆光纤。 对光缆机械特性和环境特性的要求由使用条件确定。 光缆生产出来后,对这些特性的主要项目,例如拉力、压力、扭转、弯曲、冲击、振动和温 度等,要根据国家标准的规定做例行试验。成品光缆一般要求给出下述特性,这些特性的参 数都可以用经验公式进行分析计算,这里我们只作简要的定性说明。

(d)6~48 芯束管式光缆(直埋) ; (f)LXE 束管式光缆 (架空、 管道、 直埋) ; (h)架空地线复合光缆(OPGW)

1) 拉力特性 光缆能承受的最大拉力取决于加强件的材料和横截面积,一般要求大于 1km 光缆的重 量,多数光缆在 100~400kg 范围。 2) 压力特性 光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构,多数光缆能承受的最大侧压力在 100~400kg/10cm。 3)弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差△以及光缆的材料和结构。实用光纤 最小弯曲半径一般为 20~50mm,光缆最小弯曲半径一般为 200~500mm,等于或大于光纤最 小弯曲半径。在以上条件下,光辐射引起的光纤附加损耗可以忽略,若小于最小弯曲半径, 附加损耗则急剧增加。 4)温度特性 光纤本身具有良好的温度特性。光缆温度特性主要取决于光缆材料的选择及结构的设 计,采用松套管二次被覆光纤的光缆温度特性较好。温度变化时,光纤损耗增加,主要是由 于光缆材料(塑料)的热膨胀系数比光纤材料(石英)大 2~3 个数量级,在冷缩或热胀过 程中,光纤受到应力作用而产生的。在我国,对光缆使用温度的要求,一般在低温地区为 -40℃~+40℃,在高温地区为-5℃~+60℃。 光纤衰减的测试方法:剪断法、插入损耗法、后向散射法(ODTR 的工作原理) 1) 剪断法是测量衰减特性的基准试验方法。 2) 后向散射法是一种最常用的测试方法。OTDR(光时域反射仪)正是用来观 察光纤中被约束的后向散射光的仪器,是利用光在传输过程中随光纤中折 射率的变化和微小裂纹都产生反射的原理,也正是因为平样一个工作原理, OTDR 除了能测定衰减和衰减系数外,还能测定光纤长度、接头损耗。因局 部缺陷或接头引起的光学不连续性以及反射损耗等 光缆的命名方法 3. 光缆型号和应用 1) 型号的组成 ① 型号组成的内容 型号由型式和规格两大部分组成。 ② 型号组成的格式 光缆型号组成的格式,如图 1 所示。

图 1 型号组成的格式

图 2 光缆型式的构成

2) 型号的组成内容、代号及意义 型式由 5 个部分构成,各部分均用代号表示,如图 2 所示。其中结构特征指缆芯结构 和光缆派生结构。 ① 分类的代号 GY—通信用室(野)外光缆 GM—通信用移动式光缆 GJ—通信用室(局)内光缆 GS—通信用设备内光缆 GH—通信用海底光缆 GT—通信用特殊光缆 ② 加强件的代号 加强构件指护套以内或嵌入护套中用于增强光缆抗拉力的构件。 (无符号)—金属加强构件 F—非金属加强构件 ③ 缆芯和光缆的派生结构特征的代号 光缆结构特征应表示出缆芯的主要类型和光缆的派生结构。当光缆型式有几个结构特 征需要注明时,可用组合代号表示,其组合代号按下列相应的各代号自上而下的顺序排列。 D—光纤带结构 (无符号)—光纤松套被覆结构 J—光纤紧套被覆结构 (无符号)—层绞结构 G—骨架槽结构 X—缆中心管(被覆)结构 T—油膏填充式结构 (无符号)—干式阻水结构 R—充气式结构 C—自承式结构 B—扁平形状

E—椭圆形状 Z—阻燃 ④ 护套的代号 Y—聚乙烯护套 V—聚氯乙烯护套 U—聚氨酯护套 A—铝-聚乙烯粘结护套(简称 A 护套) S—钢-聚乙烯粘结护套(简称 S 护套) W—夹带平行钢丝的钢-聚乙烯粘结护套(简称 W 护套) L—铝护套 G—钢护套 Q—铅护套

3) 规格
光缆的规格是由光纤和导电芯线的有关规格组成。 ① 规格组成的格式,见图 3。 光纤的规格与导电芯线的规格之间用“+”号隔开。

图 3 光缆规格的构成

② 光纤规格的构成 光纤的规格由光纤数和光纤类别组成。 如果同一根光缆中含有两种或两种以上规格 (光 纤数和类别)的光纤时,中间应用“+”号联接。 a. 光纤数的代号 光纤数的代号用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表示。 b. 光纤类别的代号 光纤类别应采用光纤产品的分类代号表示,按 IEC60793-2(1998)《光纤第 2 部分:产 品规范》等标准规定用大写 A 表示多模光纤,大写 B 表示单模光纤,再以数字和小写字母表 示不同种类型光纤。A—多模光纤,B—单模光纤. 多模光纤 分类代号 Ala Alb 特 性 纤芯直径 (μ m) 50 62.5 包层直径 (μ m) 125 125 材 料

渐变折射率 渐变折射率

二氧化硅 二氧化硅

单模光纤 分类代号 B1.1 B1.2 B2 B4 B1.3 注: “B1.1”可简化为“B1” 。 名 称 材 料 非色散位移型 截止波长位移型 色散位移型 非零色散位移型 全波光纤 二氧化硅

5) 光缆主要型式 尽管光缆的分类方法很多,并且各有各自的道理。为了规范光缆制造厂家产 品类型和便于广大用户选用, 信息产业部制定了通信行业标准 YD/T908-2000 《光 缆型号命名方法》 。 本书按 YD/T908-2000 规定的光缆型号命名方法,将国内光缆线路工程中一 些常用的光缆类型、敷设方法和用途列入,供广大读者试验和选用光缆时参考。 一些常用光缆主要型式及用途 习惯叫法
中 心 管 式 光 缆

主要型式
GYXTY





敷设方式及用途
架空、农话

室外通信用、金属加强构件、中心管、全填充、 夹带加强件聚乙烯护套光缆 室外通信用、金属加强构件、中心管、全填充、 钢-聚乙烯粘结护套光缆 室外通信用、金属加强构件、中心管、全填充、 夹带平行钢丝的钢-聚乙烯粘结护套光缆 室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、 铝-聚乙烯粘结护套光缆 室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、 钢-聚乙烯粘结护套光缆 室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、 铝-聚乙烯粘结护套、皱纹钢带铠装聚乙烯外护 层光缆 室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、 聚乙烯护套、皱纹钢带铠装聚乙烯外护层光缆 室外通信用、金属加强构件、松套层绞、全填充、 铝-聚乙烯粘结护套、单细钢丝铠装聚乙烯外护 层光缆

GYXTS

架空、农话

GYXTW

架空、管道、农话

GYTA 层 GYTS 绞 式 光 缆 GYTA33 GYTA53

架空、管道 架空、管道、 也可直埋 直埋

GYTY53

直埋 爬坡直埋


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