光纤以及光缆基础知识培训

1、关于光纤及光缆基础知识培训第1页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四 光通信史 光纤通信原理 光纤的结构光 纤 光纤的分类 光纤的基本参数 光纤的制造方法 光纤的演变第2页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光通信史广义的光通信：存在于我们的日常生活中，无处不在，无时不在。旅游、观光电影、电视狭义的光通信：是指人类有意识地利用光作为传递信息的手段。古代的烽火台现代的交通信号灯、航海灯塔等等第3页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光通信史法国人Claude Chappe 第一个建立光电报系统。1790美国人Alexander GrahamB

2、ell 发明了光电话。1880人类发明了新的光源 ：激光。1958华裔科学家：高锟博士从理论上预言玻璃纤维是理想的光波导。1966康宁公司成功开发出衰减小于20dB/km的商用光纤。1970光通信史上的几个里程碑第4页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.

3、3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光光纤通信原理第5页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光纤通信原理光信号第6页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四发 射接 收接 收发 射通信系统的原理框图传输线路光光光光信号处理信号处理光纤通信原理第7页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四线路中继线路中继传输线路的基本组成传输介质传输介质传输介质传输介质线路中继光纤通信原理第8页，共95

4、页，2022年，5月20日，9点43分，星期四入射光线反射光线入射光线11=2传输介质：光纤光的反射和折射定律 光在传输过程中，在两种不同的传输介质的界面将产生以下行为： 一部分入射光将被反射 一部分入射光将进入第二种介质，产生折射介质1 折射率n1介质2 折射率n2 2n1Sin1=n2Sin2介质1 折射率n1介质2 折射率n2 12折射光线光纤通信原理第9页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四折射率 n光在真空中的传播速度/光在该介质中的传播速度全反射：当n1n2时，随着入射角的不断增加，当入射角达到某一值时，折射角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角0 。当入射

5、角大于临界角时，将发生全反射。介质1介质2根据折射定律，我们可以求出临界角，此时290o。即n1Sin0=n2Sin90o所以 Sin0=n2/n1光纤通信原理传输介质：光纤第10页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四包层 n2纤芯 n1包层 n2光纤通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤中心轴线090- 0空气 n0 1传输介质：光纤光纤通信原理第11页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四包 层光纤的结构纤芯涂层第12页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四按

6、材料分类： 二氧化硅系光纤 多组份光纤 塑料光纤光纤的分类第13页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四 用于通信，如：光缆 用于传感器，如：光纤陀螺 用于传输图像，如：内窥镜 其它用途，如用于传输能量按用途分类：光纤的分类第14页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光纤的分类按传输模式分类：多模光纤：根据电磁波的传播理论，通过解麦克斯韦方程， 可以求出光波在该类光纤中是以多种模式(振动状 态)向前传播的。它包括LP01、LP11、LP02、LP12、 LP21、LP22等等。单模光纤：光波在该类光纤中只以基模LP01的振动方式向前 传播。aarEaarELP

7、01LP11LP02第15页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四多模光纤单模光纤按传输模式分类：光纤的分类第16页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四 几何尺寸参数 光学及传输特性参数 机械特性参数光纤的基本参数 环境特性参数第17页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几何尺寸参数dxdyR光纤的基本参数 纤芯直径 纤芯/包层同心度偏差 包层外径(d=dx+dy/2) 包层不圆度(|dmax-dmin|/d) 涂层外径 包层/涂层同心度偏差 光纤翘曲度R第18页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光纤几何尺寸参数典型值 纤

8、芯直径(多模光纤)： 纤芯直径(单模光纤)： 纤芯/包层同心度： 包层外径： 包层不圆度： 涂层外径： 包层/涂层同心度：62.5/50m810m1.0m125m1m1%245m5m12m 光纤翘曲度：4m光纤的基本参数第19页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光纤的基本参数几何尺寸的精度对光纤的影响光纤的接续损耗光纤的PMD值 第20页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四 光纤纤芯 光纤芯径 8 m ，错位 2 m 导致 0.7 db衰减 纤芯轴向夹角 纤芯有 1 夹角，导致 0.45 dB 接头损耗 光纤端面倾斜 倾角 1 时，导致 0.2 dB 接头

9、损耗 光纤芯径不同 芯径相差 10%，损耗增加 0.01 dB光缆接续 光纤对接续影响 第21页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四如果光纤芯径 8 m ，错位 2 m 导致 0.7 db衰减如果要求接头损耗 0.1 dB，纤芯错位一定要 0.8 m 2 m 光纤纤芯：光纤1光纤2光缆接续 第22页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四纤芯有 1 夹角，导致 0.45 dB 接头损耗如果要求接头损耗 0.1 dB，纤芯夹角应 材料色散结构色散对于多模光纤，可以通过设计合理纤折射率分布大大减小模式色散。第34页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期

10、四光学及传输特性参数光纤的基本参数模式色散：传输常数随传输模的不同而变化。 模式色散只发生在多模光纤上。RnRn阶跃折射率分布的多模光纤渐变折射率分布的多模光纤第35页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光学及传输特性参数光纤的基本参数材料色散：由于材料的折射率随波长变化而 导致的传输常数的变化。第36页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四包层n2包层n2纤芯n1光学及传输特性参数光纤的基本参数波导色散：由于波导结构引起的传输常数的 变化。12材料色散波导色散第38页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四84-401200-818001400

11、150016001700132nm1非色散位移光纤2色散位移光纤3色散平坦光纤4 非零色散位移光纤nm . kmps不同光纤的色散曲线光纤的基本参数4D第39页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四弯曲损耗：宏弯损耗：是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径 弯曲时，所引入的附加损耗。微弯损耗：是指光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产 生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。光纤的基本参数光学及传输特性参数第40页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四偏振模色散： 基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延差，从而引入偏振模色散光纤的基本参数光学及传输

12、特性参数第41页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光学及传输特性参数典型值 衰减系数： 色散系数： 截止波长： 弯曲损耗： 偏振模色散：1310nm波长处：0.36dB/km1550nm波长处：0.22dB/km1310nm波长处： 0ps/(nmkm)1550nm波长处：18ps/(nmkm)cc1260nm以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减：0.05dBPMD0.2ps/(km)1/2 模场直径：1310nm: 8-10m; 1550nm: 9-11m光纤的基本参数第42页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四机械特性参数 光纤筛选应

13、力水平 光纤抗张强度 光纤动态疲劳参数 光纤静态疲劳参数筛选应力：0.69GPa持续时间：1s典型值：500kpsind 20ns 20光纤的基本参数第43页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四 光纤温度衰减特性 光纤浸水性能 光纤老化性能环境性能参数-60oC+85oC下附加衰减： 0.05dB/km23oC下，浸水14天后附加衰 减：0.05dB/km 温度湿度衰减特性-10oC+85oC，98%RH下附加衰减： 0.05dB/km85oC下老化一个月后附加衰 减：0.05dB/km光纤的基本参数第44页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四制造光纤的基本

14、化学反应式如下：SiCl4 + O2 = SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 = GeO2 + 2Cl2其工艺流程如下：制棒脱水烧缩抛光拉丝筛选、复绕光纤的制造方法第45页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四根据预制棒生产方式的不同，光纤制造方法可分为以下四种：改进的化学气相沉积法(MCVD)等离子激活化学气相沉积法(PCVD)真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔谐振器排气喷灯管子O2SiCl4GeCl4光纤的制造方法第46页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四管外气相沉积法(OVD)喷灯O2SiCl4GeCl4O2+H2多孔预制棒喷灯O2S

15、iCl4GeCl4O2+H2O2+H2多孔预制棒轴向气相沉积法(VAD)光纤的制造方法第47页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四拉丝：高洁净度氮气保护高速涂覆快速冷却预制棒驱动机构石墨炉预制棒在线测径仪在线测径仪涂覆模涂覆模UV固化炉UV固化炉收线盘光纤的制造方法第48页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光纤的演变多模光纤单模光纤工作波长：850nm1310nm1550nm1310&1550nm15301565/1625nm12601625nm第49页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四单模光纤的演变G.652光纤G.653光纤G.65

16、4光纤G.655光纤最成熟的单模光纤，但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。过渡性的单模光纤，通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。过渡性的单模光纤，把零色散点移到了衰减最小的波长。一种新型的单模光纤，把最小的衰减与小的色散结合在一起。光纤的演变第50页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四ITU-T G.652光纤短距离大容量传输系统A类G.652光纤B类G.652光纤C类G.652光纤普通容量传输系统高速率传输系统(10Gb/s)粗波分复用传输系统G.652光纤的特点最成熟的一种单模光纤最小的衰减窗口与最小色散窗口分离光纤的演变第51页，共95页，2022年

17、，5月20日，9点43分，星期四高速率大容量传输系统ITU-T G.655光纤长途陆地系统长途海底系统城域网系统如：Corning的Leaf光纤， Lucent的TrueWave RS光纤如：Corning的Submarine Leaf光纤 Lucent的TrueWave XL光纤如：Corning的MetroCor光纤G.655光纤的特点最新的一种单模光纤；充分利用C/L波段衰减小和其为EDFA工作波段的特点；较小的色散有利于高速传输，同时又能有效抑制非线性效应光纤的演变第52页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四 光缆的设计 光缆的结构 光缆的制造 光缆的分类光 缆 几种

18、常用光缆第53页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四目的：为光纤提供足够的保护正确设计光缆结构，精确控制光纤余长光缆设计中应着重考虑的问题 避免光纤受到应力作用消除光纤的宏弯与微弯损耗解 决 之 道光缆的设计第54页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四层绞式光缆余长由绞合节距确定中心束管式光缆余长由螺旋产生光缆的设计第55页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四受张力时，套管伸长。Elongation of the tubes by tension.低温状态下套管收缩。Shrinkage of the tubes under low temp

19、erature光纤/ fibre理想的光纤位置。Ideal fibre position.光缆的设计第56页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四受张力时，套管伸长。室温，无张力。低温状态下套管收缩。光纤光纤光纤 光缆的设计第57页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四按使用环境分类室外光缆管道光缆架空光缆直埋光缆水下光缆海底光缆室内光缆数据光缆配线光缆设备光缆控制光缆应急光缆光缆的分类第58页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四按网络分类长途干线网用光缆连接各大城市，长度可达数千公里光缆的分类第59页，共95页，2022年，5月20日，9点4

20、3分，星期四按网络分类本地网用光缆连接大城市及其周边地区，长度可达百公里以上光缆的分类第60页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四按网络分类接入网用光缆连接中心交换局与最终用户，又称为通信的最后一公里。中心交换局光缆铜缆光网络单元FTTCFTTBFTTH光缆的分类第61页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四按缆芯结构分类 层绞式结构 中心管式结构 骨架式结构光缆的分类第62页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四按光纤单元分类单纤光缆： 采用散纤或光纤束作为基本的光纤单元 可采用中心管式，层绞式或骨架式结构 用于长途和本地网以及局间中继光纤带

21、光缆： 采用光纤带作为基本的光纤单元 可采用中心管式，层绞式或骨架式结构 用于接入网或局间中继光缆的分类第63页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光缆的分类按敷设方式分类管道式光缆架空式光缆直埋式光缆水底式光缆海底式光缆第64页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光缆的分类按特殊性分类普通要求光缆特殊要求光缆全非金属光缆阻燃光缆防白蚁光缆第65页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光缆的结构光缆的基本结构组成加强件钢丝、FRP、芳纶等等光纤单元光纤、光纤束、光纤带缆芯层绞式、中心管、骨架护套铝塑、钢塑、钢丝护套第66页，共95页，2022

22、年，5月20日，9点43分，星期四上 色在无色的一次涂覆光纤外着上一层颜色，以便于识别不同的光纤。按照国际标准，共有12种标准颜色，分别为：兰、桔、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、青绿光缆的制造第67页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四束 纤当同一套管中的光纤数目超过12根时，须采用不同颜色的纱线把一定数量不同颜色的光纤(不超过12根)扎成一束，以便光纤于识别光缆的制造第68页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四成 带12芯光纤带 针对需要极大芯数光缆的应用，先把一定数量的光纤通过成带工序制成光纤带，再以光纤带为基本单元制成光缆，以提高光缆的封装密度

23、。光缆的制造第69页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四套 塑在光纤外挤上一层套管，并使光纤松驰地置于套管中，套管内填充胶状的油膏。光缆的制造第70页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四成 缆把一定数量的松套管以一定的节距绞在中心加强件上以制成层绞式光缆的缆芯光缆的制造第71页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四护 套架空、管道式光缆直埋式光缆水下光缆根据运用环境的不同，分别在缆芯上加上金属挡潮层或金属铠装层或非金属加强层以及内外护套光缆的制造第72页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几种常用的光缆中心加强钢丝centr

24、al steel wire双层松套管 double layer buffer tube填充纤膏filling compound包带wrapping tape阻水油膏flooding compound双面涂塑铝带aluminum tapePE外护套PE jacket光缆型号：GYTA 2-216使用场合：管道、架空第73页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几种常用的光缆中心加强钢丝central steel wire双层松套管 double layer buffer tube填充纤膏filling compound包带wrapping tape阻水油膏flooding com

25、pound双面涂塑钢带corrugated steel tapePE外护套PE jacket光缆型号：GYTS 2-216使用场合：管道、架空第74页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几种常用的光缆非金属中心加强件FRP双层松套管 double layer buffer tube填充纤膏filling compound阻水油膏flooding compound芳纶纱aramid yarnPE外护套PE jacket光缆型号：GYFTY 2-216使用场合：强电场地区管道、架空第75页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几种常用的光缆中心加强钢丝centra

26、l steel wire填充纤膏filling compound包带wrapping tape阻水油膏flooding compound双面涂塑铝带aluminum tapePE内护套inner PE jacket轧纹钢带corrugated steel tapePE内护套inner PE jacket铠装钢丝armoring steel wirePE外护套outer PE jacket光缆型号：GYTA5333 2-216使用场合：水下、爬坡双层松套管double layer buffer tube第76页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几种常用的光缆钢绞线strand

27、ed steel wire双层松套管 double layer buffer tube填充纤膏filling compound包带wrapping tape阻水油膏flooding compound双面涂塑钢带corrugated steel tapePE外护套PE jacket吊带hanging belt中心加强钢丝central steel wire光缆型号：GYTC8S 2-144使用场合：自承式架空第77页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四12芯(24芯)光纤带光纤油膏光纤带松套管加强钢丝填充阻水油膏双面涂塑轧纹钢带PE外护套撕裂绳光缆型号：GYDXTW 12-60

28、0使用场合：管道、架空几种常用的光缆第78页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四双面涂塑轧纹铝带6 芯光纤带光纤油膏光纤带送套管加强钢丝填充阻水油膏PE外护套撕裂绳无纺布包带光缆型号：GYDTA 6-288使用场合：管道、架空几种常用的光缆第79页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四几种常用的光缆双面涂塑轧纹铝带12 芯光纤带光纤油膏光纤带松套管加强钢丝填充阻水油膏PE外护套撕裂绳无纺布包带光缆型号：GYDTA 12-432使用场合：管道、架空第80页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光通信技术的发展趋势光纤光缆中继传输交换网络针对不同运

29、用进行优化芯数不断增加，越来越靠近用户传统的电中继向光中继转化时分复用及波分复用走向商用传统的电路交换向光交换演变网络向智能全光网方向发展第81页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光缆干线光缆芯数中国电信新的一级干线芯数达96芯，美国的网络运营商Aerie敷设的干线光缆达432芯接入网用光缆中国接入网用光缆已达432芯，日本已在接入网中大量敷设多达1000芯的光缆光通信技术的发展趋势第82页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四线路中继线 路中 继功能信号同步(Retiming)信号整形(Reshaping)信号再生(Regenerating)光通信技术的发展趋势第83页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光放大器泵浦光源光放大技术(如EDFA)光中继成为可能线路中继光通信技术的发展趋势第84页，共95页，2022年，5月20日，9点43分，星期四光接收端光发射端电信号处 理光信号输入光信号输出传统的电中继全新的光中继光信号处 理光信号输入光信号输出光通信