第二章_光纤光缆结构
光纤通信技术-第二章-光纤光缆技术-作业习题(2)
1.光纤是如何分类的？各分为那些类别？2.相对折射指数差的表示式是什么？什么是弱导条件？。
3.什么是光纤的径向归一化相位常数U、光纤的径向归一化衰减常数W和光纤的归一化频率V？4.渐变型光纤的本地数值孔径的定义为什么？5.当光纤中出现什么时，即认为导波截止。
6.单模光纤是如何定义的？在标量近似解中，阶跃单模光纤只传输什么模？7.光纤的传输特性有哪几种？8.什么是导行波，什么是辐射波？9.什么是全反射，全发射的条件是什么?10.什么是弱导光纤，为什么标量近似解只适用于弱导光纤？11.为什么说采用渐变型光纤可以减小光纤的色散？12.什么是自聚焦现象？13.说明造成光纤损耗的原因。
14.单模光纤和多模光纤有何区别？各有何用途？15.根据ITU-T建议，单模光纤分为那几类？G.655光纤有何特点？16.什么是光纤的数值孔径NA？有何物理意义？17.光纤的波动方程是什么?18.光纤的电磁场表达式是什么？19.光纤的特征方程是什么？有何物理意义？20.什么是光纤的截止波长？21.光纤传输特性通常有几种？分别是什么？22.什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。
23.为什么色散和损耗是光纤通信的主要限制因素？24.什么是G.652和G.655光纤，它们的特点分别是什么？。
25.通常光缆结构由那些组成？26.光缆型号是如何标识的？如GYGZL03-12T50/125代表什么意思？27.光纤通信中常用的波长是什么？28.阶跃型光纤的导光原理是什么？29.什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？色散带来的危害是什么？30.解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散。
31.什么是色散位移单模光纤。
32.什么是非零色散光纤。
33.什么是色散平坦光纤。
34.什么是色散补偿光纤。
35.均匀光纤芯与包层的折射率分别为n1=1.5,n2=1.45 试计算：光纤芯与包层的相对折射率差。
光纤的数值孔径。
第二章_光纤光缆结构
光缆的基本结构及类型
光纤成缆的原因 1. 增加抗冲击、抗弯曲等性能； 2. 根据不同使用情况可以制成不同结构形式的光缆
1. 2. 3. 4.
对光缆的基本要求 断裂 缆径细、重量轻 便于施工和维护
光缆的基本结构
组成：缆芯、加强芯、光缆护层
4.填料 材料：防潮油胶 作用：防潮防水 位置：缆芯和护套之间。 5.铠装 材料：钢丝钢带 位置：最外一层 作用：防外力损坏。
12芯松套层绞式直埋光缆
四类典型结构的光缆
1、层绞式结构光缆
把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。
6芯紧套层绞式光缆
12芯松套层绞式直埋光缆
12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
GH——通信用海底光缆；
GT——通信用特殊光缆。
Ⅱ：加强构件代号及其意义为：
无符号——金属加强构件；
G——金属重型加强构件；
F——非金属加强构件；
H——非金属重型加强构件。
Ⅲ：派生特征代号及其意义为： D——光纤带状结构； B——扁平式结构； T——填充式结构。 Ⅳ： 护层代号及其意义为；（护层使用材料） Y——聚乙烯护层； U——聚氨酯护层； L——铝护套； Q——铅护套； V——聚氯乙烯护层； A——铝-聚乙烯粘结护层； G——钢护套； S——钢-铝-聚乙烯综合护套。 G——骨架槽结构； Z——自承式结构。
按套塑结构不同
分为紧套光纤和松套光纤。 紧套光纤——在一次涂覆的光纤上再套上一层塑料套管， 光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤——在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管， 光纤可以在套管中自由活动。
【课堂练习】 已知某长度为13km的单模光纤的功率传输 损耗为0.195dB/km，激光器耦合进入光纤 输入端的功率为1mW，那么用功率计在光 纤输出端检测出的最大光功率是多少？
光纤通信课后习题解答-第2章习题参考答案
第二章 光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G .651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
（2）阶跃型光纤的折射率分布 () 21⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的？两者有何区别？它是用来衡量光纤什么的物理量？答：阶跃型光纤的数值孔径 2sin 10∆==n NA φ渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ两者区别：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。
4．简述光纤的导光原理。
答：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)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。
2.光纤光缆详解
第2章光纤和光缆2.1.1 光纤的结构涂覆层（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。
直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。
纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。
（2）包层：包层位于纤芯的周围。
直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。
而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。
（3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。
一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。
涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。
涂覆后的光纤其外径约1.5mm。
通常所说的光纤为此种光纤。
紧套光纤与松套光纤紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。
松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。
图2-2 套塑光纤结构2.1.2 光纤的分类若按制造材料分类可分为石英光纤和塑料光纤若按剖面折射率分类可分为突变型光纤和渐变光纤若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤1．按剖面折射率分类图2-3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。
一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图2-3 （a）、（b）所示。
图2-3 光纤的折射率分布光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2-5和图2-6所示。
图2-5光在阶跃折射率多模光纤中的传播图2-6 光在渐变折射率多模光纤中的传播2．按传输模数分类多模光纤：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。
第二章光纤的结构和种类
r≤a r＞a ＞
a为纤芯半径 ；g为纤芯折射率 为纤芯半径 为纤芯折射率 分布指数； 为相对折射率差。 分布指数；△为相对折射率差。
△是表征纤芯折射率与包层折射率 差的大小的一个物理量， 差的大小的一个物理量，这个物理量直 接影响着光纤的性能。 接影响着光纤的性能。当n1与n2差别极 趋近于n 小(n1趋近于n2)，这种光纤称弱导波光 纤。目前应用的通信光纤常为弱导波光 纤。 2 ∆ = (n12 − n 2 )/ 2 n12 弱导波光纤相对折射率差△ 弱导波光纤相对折射率差△可近似为 相对折射率差
∆ ≈ (n1 − n2 )/ n1
不同g值的折射率分布 不同 值的折射率分布 n n1 2 g=1 n2 ∞
n(r)= n 1− 2∆ (r / a ) 1
[
1/2 g 1
]
g＝∞时为阶跃光纤 ＝ 时为阶跃光纤 g＝2时为平方律折射率 ＝ 时为平方律折射率 分布光纤 g=1时为三角形折射率分布 时为三角形折射率分布
二次涂覆层 一次涂覆层
··
紧套管 松套管
两种多心型芯线结构
1、带状光纤芯线 、 聚酸酯带 光纤涂覆层
裸纤
粘合剂
一个光纤带由几十至数百根光纤组成， 一个光纤带由几十至数百根光纤组成，并且 一个光纤带的接续可以一次完成，以适应大量光 一个光纤带的接续可以一次完成， 纤接续、安装的需要。特别适合用作用户光缆。 纤接续、安装的需要。特别适合用作用户光缆。
4、按光纤的材料分类 根据光纤的组成材料不同，可分为四种。 根据光纤的组成材料不同，可分为四种。 (1)石英玻璃光纤。（最常用） 石英玻璃光纤。 最常用） (2)多组分玻璃光纤(氧化物光纤)。 多组分玻璃光纤(氧化物光纤) (3)石英芯、塑料包层光纤。 石英芯、塑料包层光纤。 (4)塑料光纤。 塑料光纤。
知识点光缆结构课件.
知识点光缆结构课件.知识点：光缆结构课件一、引言在当今的信息时代，通信技术的发展日新月异，而光缆作为高速、大容量信息传输的重要载体，其结构的了解对于通信领域的学习和工作具有重要意义。
本课件将带您深入了解光缆的结构，为您揭开其神秘的面纱。
二、光缆的定义与作用光缆，即光纤光缆，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。
它的主要作用是实现远距离、高速率、大容量的信息传输，广泛应用于电信、互联网、广播电视等领域。
三、光缆的基本结构组成光缆通常由以下几个部分组成：1、光纤光纤是光缆的核心部分，负责传输光信号。
它由纤芯和包层组成，纤芯的折射率高于包层，使得光能够在纤芯中发生全反射，从而实现光信号的长距离传输。
目前常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤适用于长距离、高速率的传输，而多模光纤则适用于短距离、低速的传输。
2、加强芯加强芯位于光缆的中心位置，通常由金属或非金属材料制成，如钢丝、玻璃纤维等。
其主要作用是增强光缆的抗拉强度，防止光缆在敷设和使用过程中被拉断。
3、填充物填充物填充在光纤和加强芯周围，起到缓冲和保护的作用。
常见的填充物有油膏、塑料等，它们可以防止光纤受到外界的机械损伤，并保持光纤的稳定性。
4、护套护套是光缆的最外层保护结构，通常由聚乙烯、聚氯乙烯等材料制成。
护套具有防水、防潮、防腐蚀、抗磨损等功能，能够保护光缆内部的结构和光纤不受外界环境的影响。
四、不同类型光缆的结构特点1、层绞式光缆层绞式光缆是将光纤围绕中心加强芯绞合而成。
这种结构的光缆具有良好的机械性能和温度性能，适用于架空、管道等敷设方式。
2、中心管式光缆中心管式光缆是将光纤放在一个松套管内，加强芯位于松套管的中心。
这种结构的光缆直径较小，重量轻，便于敷设和接续。
3、骨架式光缆骨架式光缆是将光纤放入特制的骨架槽内，加强芯位于骨架的中心。
这种结构的光缆具有良好的抗侧压性能和防潮性能，适用于直埋等敷设方式。
五、光缆结构对性能的影响1、机械性能光缆的结构决定了其抗拉强度、抗压强度、弯曲性能等机械性能。
光缆知识ppt课件
第2章 通信光缆的类型与结构
4) 护套代号 Y——聚乙烯护套； V——聚氯乙烯护套； U——聚氨脂护套； 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。
第2章 通信光缆的类型与结构
第2章 通信光缆的类型与结构 图2-5 6芯室内分支光缆结构
第2章 通信光缆的类型与结构 图2-6 6芯分支光缆实物图
第2章 通信光缆的类型与结构
3) 互连光缆 互连光缆是为布线系统中的传输设备互连所设计的光缆， 使用的是单纤和双纤结构。这种光缆连接容易，在楼内布线 中它们可用作跳线，如图2-7、图2-8所示。 互连光缆直径小，弯曲半径小，更易敷设在空间受限的 场所，它们可以简单直接，或在工厂进行预先连接作为光缆 组件用在工作场所，或作为交叉连接的临时软线。
第2章 通信光缆的类型与结构
(2) 紧套光纤光缆的特点是光缆中光纤无自由移动的空 间。紧套光纤在光纤预涂覆层外直接挤下一层合适的塑料紧 套层。紧套光纤光缆直径小，重量轻，易剥离、敷设和连接， 但高的拉伸应力会直接影响光纤的衰减等性能，即它的弯曲 性能比松套光纤光缆差。
(3) 半松半紧光纤光缆中的光纤在光缆中的自由移动空 间介于松套光纤光缆和紧套光纤光缆之间。
第2章 通信光缆的类型与结构 图2-12 中心管式光缆结构
第2章 通信光缆的类型与结构 图2-13 中心管式光缆实物图
第2章 通信光缆的类型与结构
中心管式光缆的优点是：光缆结构简单、制造工艺简捷， 光缆截面小、重量轻，很适宜架空敷设，也可用于管道或直 埋敷设。中心管式光缆的缺点是：缆中光纤芯数不宜过多 (如分离光纤为12芯、光纤束为36芯、光纤带为216芯)，松 套管挤塑工艺中松套管冷却不够，成品光缆中松套管会出现 后缩，光缆中光纤余长不易控制等。
第二章 光纤与光缆
38
波动方程的求解
运用分离变量法求解波动方程经过一系列数学处 理，可得
d 2Ez dr2
1 r
dEz dr
(n2k2 0
2
m2 r2
)Ez
0
d 2Hz dr 2
1 r
dH z dr
(n2k 2 0
2
m2 r2 )Hz
0
上式是贝塞尔方程，式中m是贝塞尔函数的阶数，称为方 位角模数，它表示纤芯沿方位角 绕一圈场变化的周期数。
23
光缆结构示意图
层绞式
中心束管式
带状式
24
2.2 光纤传输原理
2.2.1 射线光学分析方法 2.2.2 波动光学分析方法
25
★光的传输理论
光纤的三个基本性能指标
（1）定义临界角θc的正弦为数值孔径 (Numerical
Aperture, NA)
物理意义：数值孔径反映了光纤的集光能力，值越 大，集光能力越强。
2.1.3 光纤制造工艺
改进的化学汽相沉积法(MCVD) 轴向汽相沉积法(VAD) 棒外化学汽相沉积法(OVD) 等离子体激活化学汽相沉积法(PCVD)
19
光纤接续方法
□ 永久接续法 □ 连接器接续法
20
2.1.4 光缆及其结构
光缆是以光纤为主要通信元件，通过加强件 和外护层组合成的整体。光缆是依靠其中的光纤 来完成传送信息的任务，因此光缆的结构设计必 须要保证其中的光纤具有稳定的传输特性。
单模光纤 多模光纤
14
单模光纤---色散最小
r n2 n1
2a =8.3m 2 b =125m
n(r) 2a
光纤光缆的结构与分类
光纤光缆的结构与分类光纤光缆是一种传输光信号的特殊电缆，由光纤和光缆组成。
光纤是一种用于传输光信号的细长光导纤维，而光缆则是将多根光纤固定在一起并加以保护的电缆。
光纤芯是光纤光缆的核心部分，用于传输光信号。
它通常由纯净的二氧化硅或其他高折射率材料制成。
光纤芯通常有两种类型：单模光纤芯和多模光纤芯。
单模光纤芯适用于长距离传输，其芯径较小，通常为9μm，能够传输更多的光信号，并且减少了光信号的传输损耗。
多模光纤芯适用于短距离传输，其芯径较大，通常为50μm或62.5μm，能够传输更多的光信号，但传输距离较短。
包层是光纤芯的外层，用于保护光纤芯，并且能够保持光信号在光纤内部的传输。
包层一般由聚合物材料制成，其折射率要比光纤芯低，以确保光信号能够通过全反射的方式在光纤内部进行传输，并减少光信号的损耗。
包层的厚度一般为几十微米。
外护套是光缆的最外层，用于保护光纤芯和包层，并且使光缆能够适应各种恶劣的环境条件。
外护套通常由聚合物材料制成，具有良好的耐磨损、耐腐蚀和防水性能。
根据光纤光缆的应用和结构特点，可以将其分为多种不同的分类。
按照光纤芯的类型分类，光纤光缆可以分为单模光缆和多模光缆。
单模光缆适用于长距离传输和高速传输，其传输距离可以达到几十公里甚至上百公里，并且能够传输高速光信号。
多模光缆适用于短距离传输和低速传输，一般传输距离在几百米到数千米。
按照结构形式分类，光纤光缆可以分为散束式光缆、屏蔽式光缆和光纤束管光缆。
散束式光缆由多根裸纤束在一定的规则下排布而成，适用于较短距离的传输。
屏蔽式光缆在光纤束的外部加上一层金属铝箔或铜网屏蔽，以提供更好的抗干扰能力。
光纤束管光缆是将多根光纤芯与包层一起由光缆套管形成的光缆结构，适用于长距离传输和复杂环境下的应用。
综上所述，光纤光缆的结构和分类较为复杂，不同结构和分类的光纤光缆适用于不同的应用场景，能够满足不同的传输需求。
随着技术的不断进步，光纤光缆的结构和分类也在不断创新和发展，为更高效、稳定和可靠的光信号传输提供了坚实的基础。
光纤光缆的结构与分类
光纤光缆的结构与分类光纤光缆是使用光导纤维传输光信号的通信线缆。
它由多种材料和结构组成，根据用途的不同，可以分成多种不同的类型。
下面将详细介绍光纤光缆的结构和分类。
1. 纤芯（Core）：纤芯是光信号在光纤中传输的核心部分，通常由高折射率的材料（如石英）组成。
纤芯的直径决定了光纤的传输性能，通常有50微米（μm）和62.5微米两种规格。
2. 包层（Cladding）：包层是包裹在纤芯外部的一层低折射率材料，通常由石英或塑料制成。
包层的作用是使光信号在纤芯内部反射，防止信号能量的损失。
3. 套层（Coating）：套层是包裹在包层外的一层保护材料，通常由聚合物制成。
套层的主要作用是保护光纤免受机械和环境的损害。
4. 强化材料（Strength member）：强化材料是纤芯、包层和套层的支撑结构，通常由玻璃或塑料制成。
强化材料的作用是增加光缆的强度和耐张力。
5. 护套（Jacket）：护套是位于光缆外部的一层保护材料，通常由聚合物制成。
护套的作用是保护光缆免受外部环境的侵害，如湿度、温度和化学腐蚀等。
1. 单模光纤（Single-mode fiber）：单模光纤的纤芯直径较小，通常为9微米（μm），光信号只能沿着一个路径传输。
由于传输距离较长且传播损耗较低，单模光纤常用于远距离通信和长距离数据传输。
2. 多模光纤（Multi-mode fiber）：多模光纤的纤芯直径较大，通常有50微米（μm）和62.5微米两种规格。
光信号可以沿着多个路径传输，但传输距离较短且传播损耗较高。
多模光纤常用于局域网（LAN）和短距离数据传输。
3. 双芯光纤（Dual-core fiber）：双芯光纤是一种特殊的光纤结构，具有两个纤芯，可以同时传输两个独立的信号。
双芯光纤常用于家庭网络和有线电视传输等应用。
4.光缆结构分类：根据光缆的结构和用途的不同，光缆可以分为室内光缆、室外光缆、敷设光缆、桥架光缆、井道光缆等。
室内光缆常用于局域网和数据中心等室内通信网络；室外光缆常用于长距离通信线路和城市光纤骨干网；敷设光缆常用于光缆敷设任务；桥架光缆常用于桥梁和铁路等特殊环境下的通信；井道光缆常用于建筑物内的光缆敷设。
光纤通信(朱宗玖)第二章
2. 按光纤截面上折射率分布分类
按照折射率分布来分，一般可以分为阶跃 型光纤和渐变型光纤两种。其折射率分析图如 图2.2所示。
图2.2 阶跃型和渐变型光纤折射率分布图
(1) 阶跃型光纤 如果纤芯折射率(指数)沿半径方向保持一 定，包层折射率沿半径方向也保持一定，而 且纤芯和包层折射率在边界处呈阶梯型变化 的光纤，称为阶跃型光纤，又可称为均匀光 纤。这种光纤一般纤芯直径为 50—80μm，特 点是信号畸变大。它的结构如图2.2(a)所示。
V 2πa
n n
2 1
2 2
(2-24)
对于光纤传输模式，有两种情况非常重 要，一种是模式截止，另一种是模式远离截止。
(1) 模式截止 当(wr/a)→∞, Kv(wr/a)→exp(-wr/a)，要求 在包层电磁场为零即exp(-wr/a)→0，必要条件 是 w>0 。若 w<0 ，电磁场将在包层振荡，传输 模式将转换为辐射模式，使能量从包层辐射出 去。w=0(β=n2k)介于传输模式和辐射模式的临 界状态，这个状态称为模式截止。
根据 式
NA n0 sin 0 sin 0
sin 0 n n
2 1 2 2
可知，
对于弱导光纤，有n1≈n2，此时：
(n1 n2 ) / n1
sin 1 n1 2
式中Δ为相对折射率指数差。
光纤的数值孔径 NA 仅决定于光纤的折
射率n1和n2，与光纤的直径无关。
电磁场强度的切向分量在纤芯包层交界 面连续，在r=a处应该有 Ez1=Ez2 Hz1=Hz2 (2-20) Ef1=Ef2 Hf1=Hf2 由Ef和Hf的边界条件导出β满足的特征方 程为
2 (u ) J v (u ) Kv KV n12 J V n 1 1 1 2 1 1 [ ][ 2 ] v ( 2 2 )( 2 2 2 ) uJ v (u ) wK (W ) n2 uJ v ( w) wk v ( w) u w n2 u w
光纤光缆基础知识讲议
0
目录
第一章 光纤通信发展史 第二章 光缆基础知识 第三章 光缆生产工艺 第四章 中心束管式光缆 第五章 松套层绞式光缆 第六章 带状光缆 第七章 ADSS光缆
1
第一章 光纤通信发展史
光纤通信是以激光作为信息载体，以光纤作为传输介质的通 信方式。由于光纤的传光性能优异，传输带宽极大，因此， 在当今的通信方式中已形成了一个以光纤通信为主，微波、 卫星通信为辅的格局。 光纤通信技术是近30年迅猛发展起来的高新技术。它的诞生 和发展，给世界通信技术带来了划时代的革命。光纤发展的 主要历程。 1966年，美籍华人高锟和Georgo.A.Hockham根据介质波导理 论共同提出光纤通信的概念。 1970年，美国康宁公司的Maurer等人首次研究出阶跃折射率 多模光纤，其波长在630nm处的衰减系数小于20db/km；同年 美国贝尔实验室的Hayashi等人研究出室温下连续工作的GaAA LAs双异质结注入式激光器。正是光纤和激光器这两项科研成 果的同时问世，拉开了光纤通信的序幕。
大韩
光纤名称 SMF-28e AllWave E-SMF FutureGuide-LWP MagniLight PureBand FullBand FullBright WidePass
AnyWave
预制棒制造工艺
水峰衰减水平
OVD
氢老化后 ≤0.31—0.35 dB/km
VAD
氢老化后 ≤0.31 dB/km
I 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
26
光缆的种类
管道光缆
CH2-第二讲光纤光缆的结构与分类
光纤光缆的应用领域
电信网络
光纤光缆广泛应用于电信骨干网、 城域网和接入网，提供语音、数据
和视频等多种通信服务。
电力通信
光纤光缆在智能电网建设中发 挥重要作用，用于传输电力系 统的控制信息和监测数据。
广播电视
光纤光缆为广播电视信号传输提 供了稳定、可靠的传输通道，保 障了高质量的节目播放。
军事领域
光纤光缆在军事通信中具有保密 性好、抗干扰能力强等优点，广
紧套光纤与松套光纤
根据光纤套塑方式的不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。紧套光纤的纤芯和包层紧密 结合在一起，结构紧凑；松套光纤的纤芯和包层之间有一定的间隙，便于光纤的弯曲和连 接。
室内光纤与室外光纤
根据使用环境的不同，光纤可分为室内光纤和室外光纤。室内光纤适用于室内布线，具有 较好的阻水性能和机械性能；室外光纤适用于室外光缆，具有较好的耐候性能和防紫外线 性能。
光子晶体光纤的应用前景
光子晶体光纤是一种新型的光纤，由于其特殊的结构和 传输特性，具有广泛的应用前景。
光子晶体光纤具有高带宽、低损耗、抗电磁干扰等优点， 是未来光纤通信的重要发展方向之一。
光子晶体光纤在通信、传感、激光等领域具有重要应用 价值。
目前，光子晶体光纤已经在实验室中实现，未来有望在 商业领域得到广泛应用。
可以分为紧套光缆和松套光缆 。紧套光缆中的光纤被紧密地 包裹在涂覆层中，而松套光缆 中的光纤则被放置在相对宽松 的涂覆层中。
可以分为阻水光缆和非阻水光 缆。阻水光缆的外护套具有防 水功能，适用于需要防水保护 的场合；而非阻水光缆则不具 有防水功能，适用于一般场合 。
04
光纤光缆的性能指标
衰减系数
泛应用于军事通信网络。
02
第二章 光纤结构、波导原理及制造
模式色散（模间色散）：
在多模光纤中，由于不同模式的时间延迟（群速度）不 同而产生的，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料 折射率的波长特性有关。
材料色散（色度色散）：
由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波 长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同 （群速度）而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的 波长特性和光源的谱线宽度。
层绞式
中心束管式
带状式
松套层绞式铠装光缆
松套层绞式直埋光缆
金属加强自承式光缆
微束管室内室外光缆
微束管室内室外光缆适合大楼和多层住宅楼的管道引入使用，适合室 内和室外两种环境，芯数一般为12～32。微束管松套光纤为半干式结构， 便于室内光缆分支和施工。
分支型室内布线分光支缆型 室 内 布 线 光 缆 采
用单芯子单元光缆结构，适 合在大楼竖井内中长距离上 的多处分纤终端，每条光缆 子单元均可用现场连接器直 接与终端相连接。光缆为全 介质结构，具有优良的防火 阻燃性能。抗拉强度和防火 等级满足室内垂直/水平布线 光缆的等级要求。芯数有 4/6/8/12/24多种。
按光纤材料组成分：石英光纤、多组分玻璃光纤、 液芯光纤、塑料光纤、氟化物光纤、硫硒碲化合 物光纤等。
按传输光的工作波长分：短波长光纤、长波长光 纤、超长波长光纤。
按用途分：通信光纤、军事上的高强度导弹用光 纤、激光手术刀用的传能光纤，内窥镜传像光纤 等。
下图是三种基本的光纤结构示意图
横截面
折射率分布 r
C’ n1
S
n0 = 1
0
n2 Y
' '
X
P
C0
Q C
Z
''
光纤光缆的结构及其传输原理
光纤光缆的结构及其传输原理一光纤分类1. 按波长分类，综合布线所用光纤有三个波长区：a.0.85μm波长区(0.8μm～0.9μm)﹔b.1.3μm波长区(1.25μm～1.35μm)﹔c.1.5μm波长区(1.53μm～1.58μm)。
不同的波长范围光纤损耗也不相同，其中0.85μm波长区为多模光纤通信方式，1.5μm波长区为单模光纤通信方式，1.3μm波长区有多模和单模两种。
建筑物综合布线采用0.85μm和1.3μm两个波长。
2. 按纤芯直径划分，光纤有二类：a.62.5μm渐变增强型(graded index,enhanced)多模光纤﹔b.8.3μm 突变型(step index)单模光纤。
光纤的包层直径均为125μm。
62.5/125μm增强型多模光纤结构.其中，62.5/125μm光纤被推荐应用于所有的建筑物综合布线。
这是因为它的物理特性和传输特性与建筑物布线环境中应用系统设备的光/电转换器件相兼容。
62.5/125μm的大纤芯直径和传输特性有以下优点：a.光耦合效率高﹔b.光纤对准要求不太严格，需要较少的管理点和接头盒﹔l)对微弯曲损耗不太灵敏﹔2)符合FDDI标准。
8.3/125μm突变型单模光纤如图B所示。
单模光纤常用于传输距离大于2km的建筑群。
由于这种光纤纤芯直径小，在建筑物中，采用LED驱动的数据链路器件耦合时，会发生物理不兼容的问题，而且价格较贵，所以，在建筑物内或传输距离小于2km时很少使用。
3. 按应用环境划分，光缆有两类a.室内光缆采用增强型缓冲带，主要用于建筑物内干线子系统和水平子系统。
b.室外光缆常采用束状，在保护层内填满相应的复合物，护套采用高密度的聚乙烯，加上增强的钢丝或玻璃纤维，可提供额外的保护，以防止环境造成的损坏。
这种光缆主要用于建筑群子系统。
二光缆的结构光缆的结构大体上分为缆芯(Cable core)和护层(Sheath)两大部分。
1.光缆的缆芯综合布线常用的室外光缆缆芯主要有两类：中心束管式和集合带式。
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【课堂练习】
已知某长度为13km的单模光纤的功率传输 损耗为0.195dB/km，激光器耦合进入光纤 输入端的功率为1mW，那么用功率计在光 纤输出端检测出的最大光功率是多少？
光缆的基本结构及类型
光纤成缆的原因 1. 增加抗冲击、抗弯曲等性能； 2. 根据不同使用情况可以制成不同结构形式的光缆
对光缆的基本要求 1. 不能因成缆而使光纤的传输特性下降 2. 在成缆过程中光纤不能断裂 3. 缆径细、重量轻 4. 便于施工和维护
光缆的基本结构
组成：缆芯、加强芯、光缆护层 1、缆芯
——由单根或多根芯线组成。
2.加强芯 作用：用于增强光缆敷设时可承受的负荷 材料：钢丝和非金属纤维。 位置：通常处在缆芯中心，有时配置在护中。
结构——多层同轴圆柱体 。 组成——纤芯、包层和涂覆层
各组成部分功能
纤芯：
作用——传导光波 成份——高纯度SiO2+极少量的掺杂剂（如 P2O5 ）
——掺杂目的是提高纤芯对光的折射率n1。
直径————注3单μm意模-光1：0纤0μ纤：m 3芯μm-n101μ＞m 包层n2
——多模光纤：50μm左右。
四类典型结构的光缆
1、层绞式结构光缆
把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。
6芯紧套层绞式光缆
12芯松套层绞式直埋光缆
12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
12芯松套层绞式水底光缆
2、骨架式结构光缆
骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤 放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。
12芯骨架式光缆
空间利用率最高的光缆，可容纳大量光 纤，每个单元的接续可一次完成。
光缆型号（补）
光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横
线分开。
1、光缆型式代号
GYGZL03-12T50/125
由五个部分组成，如下图所示。
Ⅰ：分类代号及其意义为（应用环境) GY——通信用室（野）外光缆； GR——通信用软光缆； 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。
按传输模式的数量分类
多模光纤
单模光纤
➢ 单模光纤 ——只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在 3μm-10μm 范围内。
➢ 多模光纤 ——可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺 寸为50μm左右。 包层直径都为125μm-140μm
按光纤的工作波长分类 短波长光纤（0.8-0.9μm） 长波长光纤（1.0-1.8μm） 超长波长光纤（大于2μm）
匀常数。
➢ W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一 折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯 和缓冲层之间。
光纤的纤芯折射率剖面分布
2b
2b
2b
2c
2a
2a
2a
n n1
n2
0a b r （a）阶跃光纤
n n1
n2
0 a br （b） 渐变光纤
n n1 n2
n3
0 a cbr （c）W型光纤
Ⅱ：加强构件代号及其意义为： 无符号——金属加强构件； F——非金属加强构件； G——金属重型加强构件； H——非金属重型加强构件。
Ⅲ：派生特征代号及其意义为：
D——光纤带状结构； G——骨架槽结构；
B——扁平式结构；
Z——自承式结构。
骨架式自承式架空光缆
3、束管式结构光缆
把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯 配置在套管周围而构成。
12 芯 束 Hale Waihona Puke 式 光 缆4、带状结构光缆
把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结 构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成 骨架式或层绞式结构。
中心束管式带状光缆
层绞式带状光缆
按制造光纤所使用的材料分类 石英系列 塑料包层石英纤芯 全塑光纤
光纤通信中主要用石英光纤，以后所说的 光纤也主要是指石英光纤。
按套塑结构不同
分为紧套光纤和松套光纤。
➢ 紧套光纤——在一次涂覆的光纤上再套上一层塑料套管， 光纤在套管内不能自由活动。
➢ 松套光纤——在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管， 光纤可以在套管中自由活动。
光纤和光缆
主要章节
3.1 光纤和光缆 3.2 光纤的导光原理 3.3 单模光纤 3.4 光纤的损耗特性 3.5 光纤的传输特性
光纤和光缆
1. 光纤的结构 2. 光纤的分类 3. 光缆的结构 4. 四类典型结构的光缆 5. 光缆的型号
光纤的结构
一般光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯 石英经复杂的工艺拉制而成。
光缆典型结构小结
典型结构
制造较容易，光纤数量较少（12芯以下）
层绞式结构 骨架式结构
结构简单，对光纤保护较好，耐压、抗 弯性能较好，节省了松套管材料和相应 工序，但也对放置光纤入槽工艺提出了 更高的要求。
束管式结构 带状式结构
体积小、重量轻、制造容易、成本低， 是更能发挥光纤优点的光缆结构之一。
二次涂覆层——聚丙烯或尼龙等高聚物 层 —涂覆后的光纤其外径约1.5mm。
—通常所说的光纤为此种光纤。
基本概念
裸纤 ——由纤芯和包层组成的光纤，强度和柔韧性较差。 光纤芯线 ——经过涂敷后的光纤。
光纤的分类
按光纤截面上折射率分布分类
阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF） W型光纤 ➢ 阶跃型光纤：在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形 突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。 ➢ 渐变型光纤：纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一 定规律(如平方律、双正割曲线等) 逐渐减少，到纤芯 与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均
3.光缆护层 作用：防水防潮、抗拉抗压抗弯等 材料：聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)、聚氨酯 聚酰胺。此外，还有铝钢等金属防潮 位置：由内到外可加入一层或层圆筒状护套。
4.填料 材料：防潮油胶 作用：防潮防水 位置：缆芯和护套之间。
5.铠装 材料：钢丝钢带 位置：最外一层 作用：防外力损坏。
12芯松套层绞式直埋光缆
包层
作用——将光波限制在纤芯中传播 成分——高纯度SiO2+极少量的掺杂剂（如B2O3）
——掺杂目的是使折射率n2略低于纤芯折射率n1。 直径——125μm-140μm
涂敷层 作用——是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤， 同时增加光纤的柔韧性。
涂 一次涂覆层——丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料 敷 缓冲层——一般为性能良好的填充油膏