光缆线路培训
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通信光缆线路维护 基础培训教材
20112011-3
主要内容
• • • • 一、光纤通信技术发展概述 二、光纤和光缆 三、光缆的接续和测试 四、仪表使用介绍
一、光纤通信技术发展概述
• 为什么要发展光通信
中波—短波—微波—光纤
• 光通信的发展史
1880年，贝尔发明了光电话； 1960年，美梅曼发明了第一个红宝石激光器； 1962年，霍尔等研制出了半导体激光器； 1966年，高锟发表了一篇奠定光纤通信基础的论文； 1970年，康宁公司首先制成了20dB/km的低损耗石英光纤； 1974年，多模光纤损耗降到了2dB/km； 1976年，获得了1310和1550两个低损耗的长波长窗口； 1980年，1550窗口处的光纤损耗低至0.2dB/km； 80年代中期，已经获得小于0.4 dB/km和0.25 dB/km的商用光 纤；
• ST型连接器
由AT&T公司开发，采用带键的卡口式锁紧机构，确保连时准确对中。
光缆接续
• 光缆接头工序 接头盒内部组件安装和光缆护套组件的安装； 1、接头盒内部组件安装和光缆护套组件的安装； 开剥光缆，去除光缆外护套并清擦光缆内的填充油膏； 2、开剥光缆，去除光缆外护套并清擦光缆内的填充油膏； 将光缆固定在接头盒上，并固定加强芯； 3、将光缆固定在接头盒上，并固定加强芯； 辨别束管色谱，给束管编号并将束管固定； 4、辨别束管色谱，给束管编号并将束管固定； 去除束管、辨别光纤色谱、套上热熔管； 5、去除束管、辨别光纤色谱、套上热熔管； 光纤接续，同时监测接续质量； 6、光纤接续，同时监测接续质量； 余留光纤的收容（盘纤）； 7、余留光纤的收容（盘纤）； 光缆内金属构建的连接以及各种监测线的安装； 8、光缆内金属构建的连接以及各种监测线的安装； 接头盒的封装及固定。 9、接头盒的封装及固定。
常用接头盒介绍
套筒式接头盒
开边式接头盒
无论接头盒何种型号，构造原理基本相同，由保护罩部分、固定组件、接 头盒密封组件以及容纤盘（又叫收容盘）四部分组成。
光缆线路测试
目前中继段光纤损耗测量所采取的方法一般是光源、光功 率计和光时域反射仪相结合的方法。 (1)光源、光功率计测量全程损耗 从中继段光纤损耗是要求在已成端的连接插件状态下进行 测量来说,这种插入法是唯一能够反映带连接插件线路损耗的 测量方法。 这种方法测量结果比较可靠,其测量的偏差,主要来自于仪 表本身以及被测线路连接器插件的质量。
光电检测器
项 结构 应用电路 光电增益 寿命 适用波长 应用 目 光电二极管(PIN) 简单 简单 无 较长 长波长 普遍 雪崩光电二极管(APD) 复杂 复杂 有 较短 短波长 已很少
二、光纤和光缆
光纤
项 目 单模光纤 细：9-10µm 很宽：约100GHz 较难 较高 多模光纤 较粗：50-100µm 较窄：约1GHz 简单 较低 芯径 传输带宽 与光源耦合 精度 适用场合 应用
G.655光纤
• 商用的G.655光纤有： Lucent的真波(True Wave)光纤 消除了G.652光纤在1385nm附近由于OH根离子吸收造 成的损耗峰，使光纤在1310-1600nm的损耗都趋于平坦。 Corning的低色散斜率(SMF-LS)光纤 色散斜率小，为0.045 ps/(nm2·km)，因而可以用一 个色散补偿模块补偿整个频带内的色散。 Corning的大有效面积光纤(LEAF) 大大增加了光纤的模场直径，光纤有效面积从55 μm2增加到72 μm 2，在相同的入纤功率时，减小了光 纤的非线性效应。
三、光缆的接续和测试
• 光纤连接方式的分类 连接方式 固定连接 （死接头） 应用场合 光缆线路中光纤间的永久 性连接 主要方法 1、熔接法 －－采用自动熔 接机 2、非熔接法－－又称机械连 接法，采用光纤接续子完成 光连接器。种类按结构分：FC、 SC、ST、DIN、MU等多种； 按插针端面分：FC、 PC(UPC)、APC等 V型槽对准、弹性毛细管连接、 临时性、中小容量、单 多波长系统 波长系统 电信干线传输 以太网、FDDI
光纤通信的主要特点
• • • • 通信容量大，传输距离长 抗电磁干扰，传输质量佳 信号串扰小，保密性能好 原材料丰富，节省了有色 金属，环保 • 光纤尺寸小，质量轻，便 于敷设和运输 • 光缆适应性强，寿命长
连接器的主要指标
• 插入损耗
插入损耗越小越好
• 回波损耗
回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影 响。
• 重复性 • 互换性
常用的光纤连接器
• FC系列连接器
用螺纹连接，外部零件采用金属材料制作的连接器，是我国电信网 采用的主要品种。
• SC型连接器
由日本NTT公司研制，外壳采用工程塑料，矩形结构，便于密集安 装，可直接插拔，使用方便，操作空间小。主要用于光纤局域网、用 户网和CATV中。
概述
光纤通信发展阶段：
阶段 时间 波长 模式 损耗 速率 距离 用途 第一代 19731976 第二代 19761982 第三代 19821988 第四代 19881996 第五代 1996-至 今 0.85 多模 2.5- 503 100 1.31 多或 0.55 140M 单模 -1 1.31 单模 0.3- 622M 0.5 1.55 单模 0.2 1.55 2.5G 160*1 0G 8-10 市话局间中继 2050 50100 80120 中短距离长途、 市话局间中继 PDH、长途干 线 SDH、 DWDM
G.655光纤
• 可进一步分为G.655A和G.655B两个子类 • G.655A适用于ITU-T G.691规定的带光放大器的单通道SDH 系统和通道速率为STM-64、通道间隔不小于200GHz的 G .692带光放大器的波分复用传输系统。只能使用在C波 段。 • G.655B适用于通道间隔不大于100GHz的G .692密集波分复 用传输系统。可以使用在C波段，也可以使用在L波段。 • 两者不同还在于在C波段的色散值不同。 G.655A光纤的色 散值为0.1-6 ps/(nm·km)， G.655B光纤的色散值为1-10 ps/(nm·km)。
G.655光纤
• 非零色散位移光纤(NZDSF) • 在1994年专门为新一代光放大MWDM传输系统设计和制 造的光纤。 • 属色散位移光纤，但在1550nm处色散不是零，用以平 衡四波混频等非线性效应。 • 用较低的色散抑制了四波混频等非线性效应，使其能 用于高速率(10Gb/s以上)、大容量、DWDM的长距离光 纤通信系统中。
活动连接 （活接头） 临时连接
传输设备与光纤的连接 测量尾纤、假纤与被测光 纤间耦合、连接
连接器的主要结构
• • • • 双锥结构 V型槽结构 球面定心结构 透镜耦合结构
连接器的主要结构
• 套管结构
光纤 套筒 插针
原理：当插针的外同轴度、外圆柱面和端面以及 套筒的内孔加工得非常精密时，两根插针在套筒 中对接，就实现了两根光纤对准。
光纤通信系统的分类
• 按传输波长划分
短波长、长波长、超长波长
• 按光纤传导模式数量划分
多模光纤、单模光纤
有关光纤、光缆的标准体系
• • • • ITU-T：国际电信联盟电信标准部门 ISO：国际标准化组织 IEC：国际电工委员会 ETSI：欧洲电信标准协会 ANSI：美国国家标准协会 GB：国家标准(国家技术监督局) YD：通信行业标准(信息产业部)
光纤通信系统的基本构成
输 入 电 信 号 输 出 电 信 号
光发射机
调制 光源
光纤光缆
光接收机
光电 检测 放大 恢复
光源
项 目 激光器(LD) 几吉赫 几十毫瓦 窄 复杂 大 较低 较短 高速长距离 发光二极管(LED) 几十兆赫 几毫瓦 宽 简单 小 较高 较长 低速短距离 调制速率 输出光功率 光谱宽度 驱动电路 温度影响 可靠性 寿命 应用
光纤的结构
包层(n2) 纤芯(n1)
D
1、D为光纤纤芯直径或模场直径， 单模光纤的模场直径为9-10 μm。
125 μm
多模光纤的模场直径为50或62.5 μm。 2、 n1 ＞n2
光纤的分类
• 按光纤材料分 石英光纤、全塑光纤 • 按光纤剖面折射率分 阶跃型光纤、渐变型光纤 • 按传输的模式分 多模光纤、单模光纤 • 按ITU-T建议分
G651光纤，梯度折射率多模光纤。 G651光纤，梯度折射率多模光纤。 光纤 G652光纤 光纤， G652光纤，标准单模光纤 ( NDSF) 。 G653光纤 色散位移单模光纤(DSF) 光纤， G653光纤，色散位移单模光纤(DSF) 。 G654光纤 光纤， G654光纤，截止波长位移单模光纤 G655光纤 光纤， (NZG655光纤，非零色散位移单模光纤 (NZ-DSF) G656光纤 光纤， G656光纤，宽带光传输用的非零色散位移单模光纤 G.657光纤 光纤， G.657光纤，弯曲不敏感单模光纤
G.651光纤
• • • • 梯度型多模光纤 工作波长：1.31μm和1.55μm 处于多模工作状态 在1.31μm处有最小的色散值，在 1.55μm处有最小的衰减系数 • 数据通信局域网(LAN)用
G.652光纤
• 常规单模光纤或非色散位移光纤 • 零色散波长在1.31μm处，在1.55μm处衰减最小， 但有较大的正色散，约为18ps/(nm·km)。 • 工作波长既可选用1.31μm ，又可选用1.55μm。 最佳工作波长在1.31μm 。 • 利用G.652光纤进行速率为2.5Gb/s以上的信号长 途传输时，必须引入色散补偿光纤进行色散补偿， 并需引入更多的掺铒光纤放大器来补偿由于引入 色散补偿光纤所产生的损耗。
光纤通信的传输窗口
• 短波长窗口，波长为0.85μm； • 长波长窗口，波长为1.31 μm和1.55 μm
传输波段定义
波段 (第一传输窗口) 第一传输窗口) O-band (Original band) E-band (Extended band) S-band (Short band) C-band (Conventional band) L-band (Long band) U-band (Ultra(Ultra-long band) 波长(nm) 波长(nm) 850 1260~1360 1360~1460 1460~1530 1530~1565 1565~1625 1625~1675 G.655A G.655B G.655C G.656 使用光纤 G.651 G.652A G.652B G.652C G.652D 应用系统 单通道 单通道、WDM 单通道、 CWDM 将来的DWDM 将来的DWDM DWDM/CWDM DWDM
光缆线路测试
(2)后向法(OTDR) 后向法虽然也可以测量带连接器插件的光线路损 耗,但由于一般的OTDR都有盲区,使近端光纤连接器介 入损耗、成端连接点接头损耗无法反映在测量值中； 同样对成端的连接器尾纤的连接损耗由于离尾部太近 也无法定量显示。因此OTDR测值实际上是未包括连接 器在内的线路损耗。 以上两种测试方法各有利弊:前者比较准确,但不 直观；后者能够提供整个线路的后向散射信号曲线,但 反映的数据不是线路损耗的确切值。如果采取两种方 法相结合的方法则能既真实又直观地反映光纤线路全 程损耗情况。这种测试方法在目前光缆施工中应用较 为广泛。
G.652光纤
• 可进一步分为G.652A、 G.652B、 G.652C • G.652A光纤主要适用于ITU-T G.957规定的SDH传输系统和G.691规定 的带光放大的高至STM-16的单通道SDH传输系统。 • G.652B光纤主要适用于ITU-T G.957规定的SDH传输系统和G.691规定 的带光放大的高至STM-64的单通道SDH传输系统及直到STM-64的ITU-T G.692带光放大的波分复用传输系统。 • G.652C光纤又称为低水峰光纤，其商用光纤有Lucent的全波光纤 (All-ware Fiber)等。 它消除了常规光纤在1385nm附近由于OH根离子吸收造成的损耗峰，使 光纤在1310-1600nm的损耗都趋于平坦。
20112011-3
主要内容
• • • • 一、光纤通信技术发展概述 二、光纤和光缆 三、光缆的接续和测试 四、仪表使用介绍
一、光纤通信技术发展概述
• 为什么要发展光通信
中波—短波—微波—光纤
• 光通信的发展史
1880年，贝尔发明了光电话； 1960年，美梅曼发明了第一个红宝石激光器； 1962年，霍尔等研制出了半导体激光器； 1966年，高锟发表了一篇奠定光纤通信基础的论文； 1970年，康宁公司首先制成了20dB/km的低损耗石英光纤； 1974年，多模光纤损耗降到了2dB/km； 1976年，获得了1310和1550两个低损耗的长波长窗口； 1980年，1550窗口处的光纤损耗低至0.2dB/km； 80年代中期，已经获得小于0.4 dB/km和0.25 dB/km的商用光 纤；
• ST型连接器
由AT&T公司开发，采用带键的卡口式锁紧机构，确保连时准确对中。
光缆接续
• 光缆接头工序 接头盒内部组件安装和光缆护套组件的安装； 1、接头盒内部组件安装和光缆护套组件的安装； 开剥光缆，去除光缆外护套并清擦光缆内的填充油膏； 2、开剥光缆，去除光缆外护套并清擦光缆内的填充油膏； 将光缆固定在接头盒上，并固定加强芯； 3、将光缆固定在接头盒上，并固定加强芯； 辨别束管色谱，给束管编号并将束管固定； 4、辨别束管色谱，给束管编号并将束管固定； 去除束管、辨别光纤色谱、套上热熔管； 5、去除束管、辨别光纤色谱、套上热熔管； 光纤接续，同时监测接续质量； 6、光纤接续，同时监测接续质量； 余留光纤的收容（盘纤）； 7、余留光纤的收容（盘纤）； 光缆内金属构建的连接以及各种监测线的安装； 8、光缆内金属构建的连接以及各种监测线的安装； 接头盒的封装及固定。 9、接头盒的封装及固定。
常用接头盒介绍
套筒式接头盒
开边式接头盒
无论接头盒何种型号，构造原理基本相同，由保护罩部分、固定组件、接 头盒密封组件以及容纤盘（又叫收容盘）四部分组成。
光缆线路测试
目前中继段光纤损耗测量所采取的方法一般是光源、光功 率计和光时域反射仪相结合的方法。 (1)光源、光功率计测量全程损耗 从中继段光纤损耗是要求在已成端的连接插件状态下进行 测量来说,这种插入法是唯一能够反映带连接插件线路损耗的 测量方法。 这种方法测量结果比较可靠,其测量的偏差,主要来自于仪 表本身以及被测线路连接器插件的质量。
光电检测器
项 结构 应用电路 光电增益 寿命 适用波长 应用 目 光电二极管(PIN) 简单 简单 无 较长 长波长 普遍 雪崩光电二极管(APD) 复杂 复杂 有 较短 短波长 已很少
二、光纤和光缆
光纤
项 目 单模光纤 细：9-10µm 很宽：约100GHz 较难 较高 多模光纤 较粗：50-100µm 较窄：约1GHz 简单 较低 芯径 传输带宽 与光源耦合 精度 适用场合 应用
G.655光纤
• 商用的G.655光纤有： Lucent的真波(True Wave)光纤 消除了G.652光纤在1385nm附近由于OH根离子吸收造 成的损耗峰，使光纤在1310-1600nm的损耗都趋于平坦。 Corning的低色散斜率(SMF-LS)光纤 色散斜率小，为0.045 ps/(nm2·km)，因而可以用一 个色散补偿模块补偿整个频带内的色散。 Corning的大有效面积光纤(LEAF) 大大增加了光纤的模场直径，光纤有效面积从55 μm2增加到72 μm 2，在相同的入纤功率时，减小了光 纤的非线性效应。
三、光缆的接续和测试
• 光纤连接方式的分类 连接方式 固定连接 （死接头） 应用场合 光缆线路中光纤间的永久 性连接 主要方法 1、熔接法 －－采用自动熔 接机 2、非熔接法－－又称机械连 接法，采用光纤接续子完成 光连接器。种类按结构分：FC、 SC、ST、DIN、MU等多种； 按插针端面分：FC、 PC(UPC)、APC等 V型槽对准、弹性毛细管连接、 临时性、中小容量、单 多波长系统 波长系统 电信干线传输 以太网、FDDI
光纤通信的主要特点
• • • • 通信容量大，传输距离长 抗电磁干扰，传输质量佳 信号串扰小，保密性能好 原材料丰富，节省了有色 金属，环保 • 光纤尺寸小，质量轻，便 于敷设和运输 • 光缆适应性强，寿命长
连接器的主要指标
• 插入损耗
插入损耗越小越好
• 回波损耗
回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影 响。
• 重复性 • 互换性
常用的光纤连接器
• FC系列连接器
用螺纹连接，外部零件采用金属材料制作的连接器，是我国电信网 采用的主要品种。
• SC型连接器
由日本NTT公司研制，外壳采用工程塑料，矩形结构，便于密集安 装，可直接插拔，使用方便，操作空间小。主要用于光纤局域网、用 户网和CATV中。
概述
光纤通信发展阶段：
阶段 时间 波长 模式 损耗 速率 距离 用途 第一代 19731976 第二代 19761982 第三代 19821988 第四代 19881996 第五代 1996-至 今 0.85 多模 2.5- 503 100 1.31 多或 0.55 140M 单模 -1 1.31 单模 0.3- 622M 0.5 1.55 单模 0.2 1.55 2.5G 160*1 0G 8-10 市话局间中继 2050 50100 80120 中短距离长途、 市话局间中继 PDH、长途干 线 SDH、 DWDM
G.655光纤
• 可进一步分为G.655A和G.655B两个子类 • G.655A适用于ITU-T G.691规定的带光放大器的单通道SDH 系统和通道速率为STM-64、通道间隔不小于200GHz的 G .692带光放大器的波分复用传输系统。只能使用在C波 段。 • G.655B适用于通道间隔不大于100GHz的G .692密集波分复 用传输系统。可以使用在C波段，也可以使用在L波段。 • 两者不同还在于在C波段的色散值不同。 G.655A光纤的色 散值为0.1-6 ps/(nm·km)， G.655B光纤的色散值为1-10 ps/(nm·km)。
G.655光纤
• 非零色散位移光纤(NZDSF) • 在1994年专门为新一代光放大MWDM传输系统设计和制 造的光纤。 • 属色散位移光纤，但在1550nm处色散不是零，用以平 衡四波混频等非线性效应。 • 用较低的色散抑制了四波混频等非线性效应，使其能 用于高速率(10Gb/s以上)、大容量、DWDM的长距离光 纤通信系统中。
活动连接 （活接头） 临时连接
传输设备与光纤的连接 测量尾纤、假纤与被测光 纤间耦合、连接
连接器的主要结构
• • • • 双锥结构 V型槽结构 球面定心结构 透镜耦合结构
连接器的主要结构
• 套管结构
光纤 套筒 插针
原理：当插针的外同轴度、外圆柱面和端面以及 套筒的内孔加工得非常精密时，两根插针在套筒 中对接，就实现了两根光纤对准。
光纤通信系统的分类
• 按传输波长划分
短波长、长波长、超长波长
• 按光纤传导模式数量划分
多模光纤、单模光纤
有关光纤、光缆的标准体系
• • • • ITU-T：国际电信联盟电信标准部门 ISO：国际标准化组织 IEC：国际电工委员会 ETSI：欧洲电信标准协会 ANSI：美国国家标准协会 GB：国家标准(国家技术监督局) YD：通信行业标准(信息产业部)
光纤通信系统的基本构成
输 入 电 信 号 输 出 电 信 号
光发射机
调制 光源
光纤光缆
光接收机
光电 检测 放大 恢复
光源
项 目 激光器(LD) 几吉赫 几十毫瓦 窄 复杂 大 较低 较短 高速长距离 发光二极管(LED) 几十兆赫 几毫瓦 宽 简单 小 较高 较长 低速短距离 调制速率 输出光功率 光谱宽度 驱动电路 温度影响 可靠性 寿命 应用
光纤的结构
包层(n2) 纤芯(n1)
D
1、D为光纤纤芯直径或模场直径， 单模光纤的模场直径为9-10 μm。
125 μm
多模光纤的模场直径为50或62.5 μm。 2、 n1 ＞n2
光纤的分类
• 按光纤材料分 石英光纤、全塑光纤 • 按光纤剖面折射率分 阶跃型光纤、渐变型光纤 • 按传输的模式分 多模光纤、单模光纤 • 按ITU-T建议分
G651光纤，梯度折射率多模光纤。 G651光纤，梯度折射率多模光纤。 光纤 G652光纤 光纤， G652光纤，标准单模光纤 ( NDSF) 。 G653光纤 色散位移单模光纤(DSF) 光纤， G653光纤，色散位移单模光纤(DSF) 。 G654光纤 光纤， G654光纤，截止波长位移单模光纤 G655光纤 光纤， (NZG655光纤，非零色散位移单模光纤 (NZ-DSF) G656光纤 光纤， G656光纤，宽带光传输用的非零色散位移单模光纤 G.657光纤 光纤， G.657光纤，弯曲不敏感单模光纤
G.651光纤
• • • • 梯度型多模光纤 工作波长：1.31μm和1.55μm 处于多模工作状态 在1.31μm处有最小的色散值，在 1.55μm处有最小的衰减系数 • 数据通信局域网(LAN)用
G.652光纤
• 常规单模光纤或非色散位移光纤 • 零色散波长在1.31μm处，在1.55μm处衰减最小， 但有较大的正色散，约为18ps/(nm·km)。 • 工作波长既可选用1.31μm ，又可选用1.55μm。 最佳工作波长在1.31μm 。 • 利用G.652光纤进行速率为2.5Gb/s以上的信号长 途传输时，必须引入色散补偿光纤进行色散补偿， 并需引入更多的掺铒光纤放大器来补偿由于引入 色散补偿光纤所产生的损耗。
光纤通信的传输窗口
• 短波长窗口，波长为0.85μm； • 长波长窗口，波长为1.31 μm和1.55 μm
传输波段定义
波段 (第一传输窗口) 第一传输窗口) O-band (Original band) E-band (Extended band) S-band (Short band) C-band (Conventional band) L-band (Long band) U-band (Ultra(Ultra-long band) 波长(nm) 波长(nm) 850 1260~1360 1360~1460 1460~1530 1530~1565 1565~1625 1625~1675 G.655A G.655B G.655C G.656 使用光纤 G.651 G.652A G.652B G.652C G.652D 应用系统 单通道 单通道、WDM 单通道、 CWDM 将来的DWDM 将来的DWDM DWDM/CWDM DWDM
光缆线路测试
(2)后向法(OTDR) 后向法虽然也可以测量带连接器插件的光线路损 耗,但由于一般的OTDR都有盲区,使近端光纤连接器介 入损耗、成端连接点接头损耗无法反映在测量值中； 同样对成端的连接器尾纤的连接损耗由于离尾部太近 也无法定量显示。因此OTDR测值实际上是未包括连接 器在内的线路损耗。 以上两种测试方法各有利弊:前者比较准确,但不 直观；后者能够提供整个线路的后向散射信号曲线,但 反映的数据不是线路损耗的确切值。如果采取两种方 法相结合的方法则能既真实又直观地反映光纤线路全 程损耗情况。这种测试方法在目前光缆施工中应用较 为广泛。
G.652光纤
• 可进一步分为G.652A、 G.652B、 G.652C • G.652A光纤主要适用于ITU-T G.957规定的SDH传输系统和G.691规定 的带光放大的高至STM-16的单通道SDH传输系统。 • G.652B光纤主要适用于ITU-T G.957规定的SDH传输系统和G.691规定 的带光放大的高至STM-64的单通道SDH传输系统及直到STM-64的ITU-T G.692带光放大的波分复用传输系统。 • G.652C光纤又称为低水峰光纤，其商用光纤有Lucent的全波光纤 (All-ware Fiber)等。 它消除了常规光纤在1385nm附近由于OH根离子吸收造成的损耗峰，使 光纤在1310-1600nm的损耗都趋于平坦。