光纤基础知识

上海长飞光纤光缆产品工程师（高级）

资格认证培训教材

（第三部分）

2007年11月

光纤光缆基础知识

光缆部份

1.1 什么是光缆

用适当的材料和缆结构，对通信光纤进行收容保护，使光纤免受机械和环境的影响和损害，适应不同场合使用。

1.2 影响光纤性能和寿命的因素

A）应力：导致光纤断裂或衰减增加

B）水和潮气：使光纤易于断裂（变脆），影响寿命

C）氢气（压）：光纤在一定具有压力的氢气作用下，光纤衰减曲线会在1240nm处产生突变的吸收峰，使1310nm及1550nm波长处的衰减明显增加。

1.3 光缆设计的基本原则

针对光纤的弱点，光缆设计应遵循以下原则：

A）为光纤提供机械保护，使光纤在各种环境下免受应力；

B）必须防止水分和潮气侵入；

C）必须避免光缆中产生氢气，尤其避免形成氢压。

1.4 光缆的基本性能

包括：光缆中的光纤传输特性、光缆的机械特性、光缆的环境特性和光缆的电气特性

1.5 光缆机械性能的实现

A）加强芯——主要抗拉元件

B）套管——将光纤外界隔绝，提供最基本的保护

C）余长控制——二套及成缆

D）金属带纵包——防潮、防水、抗侧压、抗冲击

E）护套——抗侧压、抗冲击、抗弯曲

1.6 光缆的防潮措施

A）径向防水——纤膏及缆膏填充、金属带纵包、PE护套

B）轴向防水——纤膏及缆膏填充、阻水环、阻水带、阻水纱、单根加强芯

1.7 光缆避免形成氢压的措施

A）氢气源于光缆材料

B）严格挑选材料，控制材料析氢量，控制不同材料间的反应析氢

C）特别是金属件的析氢控制（镀锌钢丝加强芯的禁用）

1.8 光缆的分类

A）按光纤在光缆中的状态分：紧结构、松结构、半松半紧结构

B）按缆芯结构分：中心管式、层绞式、骨架式

C）按光缆敷设条件分：架空、管道、直埋和水底光缆

D）按光缆使用环境场合分：室外光缆、室内光缆

1.9 光缆的寿命

光缆的寿命主要由两方面决定：一是光缆所使用的材料寿命，另一是光缆中光纤的寿命。光缆材料寿命包括，光缆所使用各种材料本身寿命和它们之间之间相互作用对寿命的影响。光缆中光纤寿命，则主要由光纤在其服务期间所受到的应力（应变）确定。

二、光缆生产工艺

2.1 光纤着色工艺

长飞公司的光纤着色采用紫外光固化油墨，其基本成分为：丙烯酸盐+光固化剂+颜料，着色厚度为3~5μm。

2.2 二次套塑工艺

二次套塑就是选用合适的高分子材料（PBTP，聚对苯二甲酸丁二醇酯），采用挤塑方法，在合理的工艺条件下，给光纤套上一个合适的与光纤长度相等的松套管，并同时在松套管中注入触变型纤膏。松套管（相对于光纤的）余长范围为：±0.2%

2.3缆芯绞合工艺

将多根松套管或填充绳按一定的绞合节距绞合在加强芯周围，并填充缆膏，主要目的在于：

A）增加光缆的可弯曲度

B）提高光缆的抗拉能力，改善光缆的温度特性

2.4 护层工艺

按照光缆的使用环境，在缆芯外加上不同的保护层，以便对光纤进行更好的保护；包括：金属带（钢带、铝带）纵包，内护套及外护套。护层作为光缆抵御外界各种特殊复杂环境的作用的保护层必须具有优良的机械性能、环境性能、化学性能。

2.5生产中光缆测试项目

在着色、二套、成缆、护层工艺后均作光纤衰减（1310nm和1550nm）测试，G.655光纤在入库前加测每根光纤的PMD。

2.6喷字和印字的比较

印字是利用印模将色带压到缆皮上，会在缆皮上形成微小压痕，但不会对光缆性能产生影响；喷字是将颜料用喷码机喷到缆皮表面，不会破坏缆皮。因此，从耐磨的角度来看，印字要优于喷字。一般情况下，印字多用于室外光缆（PE缆皮），喷字多用于室内光缆（PVC缆皮）。

2.7无卤阻燃护套材料

无卤阻燃护套料是无毒无烟的洁净阻燃材料，遇火燃烧时，护套料中添加的无机阻燃剂Al(OH)3、Mg(OH)2在燃烧时会释放出结晶水，吸收大量热量，抑制燃烧护套料的温度上升，从而阻止燃烧。

三、光缆产品及命名

3.1 长飞主要光缆产品系列

A）室外光缆：松套层绞光缆、中心束管光缆、螺旋管中心束管光缆、骨架式光纤带光缆、电力光缆（ADSS、OPGW）、特殊光缆（水缆、阻燃缆、防蚁缆等）；

B）室内光缆：1、2、4、6、8、10、12圆形紧套室内光缆，2芯扁平紧套室内光缆，PVC 护套紧套光纤，Hytrel护套紧套光纤。

3.2 光缆命名规则

例：GYFTZA-16A1

GY- 室外光缆（对应长飞上海公司的命名为：DC-室外数据光缆）

F- 非金属加强元件

T- 油膏填充

Z- 阻燃外护套

A- A护套（铝带纵包）

16A1- 16芯A1a光纤（50/125μm多模）

3.3 长飞采用的光纤色谱（新标准）

A）普通层绞缆、ADSS和束管缆光纤色谱采用两种色谱：

国标色谱W：蓝\橙\绿\棕\灰\本色\红\黑\黄\紫\粉红\水绿（长飞标准）

国标全色谱：蓝\橙\绿\棕\灰\白\红\黑\黄\紫\粉红\水绿（客户特殊要求）

3.4 不同种类光纤在光缆中的命名

50/125μm多模光纤：A1 62.5/125μm多模光纤：A1b

G652B\C\D单模光纤: B1(B1.1)\B1.2\B1.3 G.653单模光纤：B2

G.655单模光纤：B4

高贝50/125、μm多模光纤: A1 H 高贝62.5/125、μm多模光纤: A1b H 超贝150光纤:M1 超贝300光纤:M3 超贝550光纤:M5

3.5 长飞光缆的印字标准

长飞光缆标志包括以下项目：

A）制造商：YOFC

B）生产年：XXXX（4字符）

C）光缆型号：

D）光缆标志：XXXXX（5字符）

E）米标：XXXX（4字符）

F）客户标识：按合同规定，但不超过28个字符

3.6松套层绞式光缆 vs. 中心束管式光缆

比较项目松套层绞式光缆中心束管式光缆

光纤衰减特性光纤在松套管中得到良好的保护，

光缆中每一根光纤的衰减值较为一

致当芯数较大时，容易出现部分光纤衰减超标的情况

光缆拉伸窗口通过松套管余长参数和松套管绞合

节距参数的合理安排，能实现较大

的光缆拉伸窗口（5%-8%）通过波状放纤和加大中心束管内径的方式等方式获得光缆拉伸窗口（3%-5%）

抗拉性能较大的光缆拉伸窗口保证了光缆出

色的抗拉性能（在光缆受到最大拉

力时，光纤应变≈0）

一般

温度性能较大的光缆拉伸窗口保证了光缆出

色的温度性能（光缆在-40℃~+70

℃的温度范围内，衰减变化在±

0.02dB之间）

一般抗压性能良好优良

安装使用光纤和松套管由色标区分，识别容

易，便于施工和使用所有光纤成束放入中心束管中，当光缆芯数较大时，难于分辨

致命缺陷无由于中心束管与外部加强件和护套

间无法紧密结合，在使用中容易出

现在接头盒处发生中心束管回缩，

拉断光纤的现象

3.7中心束管光缆的命名及应用（新标准）

GYXTY：Y护套中心束管光缆（非铠、架空）；

GYXTW：W护套中心束管光缆（轻铠、架空、管道、直埋）；

3.8中心束管光缆结构

例： GYXTW光缆——是将单模或多模光纤套入由高模量的塑料做成的松套管中，套管内填充阻水化合物。松套管外用一层双面涂塑钢带纵包，钢带和松套管之间加阻水材料以保证光缆的紧凑和纵向阻水，两侧放置两根平行钢丝后护套成缆。

3.9中心束管光缆束管回缩问题的解决

由于束管材料PBTP的热膨胀系数较大，在温度变化时会有明显的热胀冷缩的现象。在光缆结构不够紧密的情况下，以敷设完成的光缆中的中心束管可能发生回缩的现象，导致线路衰减增加甚至断纤。为解决这一问题，长飞公司专门重新设计了中心束管光缆结构，通过采用阻水纱加阻水环的方式，使束管与钢带和护套连接，获得了紧密的光缆结构，从而杜绝了束管回缩的现象。

四、ADSS光缆(仅供参考，不纳入考试范围)

4.1 ADSS光缆定义

ADSS：All Dielectric Self-Supporting Arial Cable，全介质自承式架空光缆，用于电力线路，架空敷设。

4.2 ADSS的结构

按照最新的国家标准，ADSS光缆可以选择

两种基本结构：松套层绞结构和中心束管结

构，骨架式结构在标准之列。长飞的ADSS

光缆为松套层绞结构，同时，松套层绞结构

也为绝大多数用户认可，其抗拉、抗压及弯

曲特性都十分优越。长飞的ADSS光缆从

2~60芯采用专门设计的大5管结构，具有

相对较大的光缆拉伸窗口，可实现较大跨踞

间的敷设。大于60芯的ADSS光缆可有工

艺工程师专门设计。

4.3 相关参数

A）E DS：everyday stress 每日工作应力，单位：kN；

B）M AT：maximum allowed tensile 最大允许工作张力，单位：kN；

C）断裂强度：单位：kN；

D）抗拉元件截面积：芳纶丝的截面积，单位：mm；

E）弹性模量：E-module，单位：kN/mm2（Gpa），指物体在弹性形变范围内，拉应力σ与伸长应变ε成正比（虎克定律），即σ=Eε，比例系数E称为弹性模量；

F）热膨胀系数：单位：10-6/K。

4.4 ADSS光缆的选择

ADSS光缆的选用主要依据四个因素：

A）线路气象条件：根据电力系统《全国线路设计气象条件汇集》，全国分为四类气象区域，见下表：

气象条件风速(m/s) 覆冰(mm)额外负载(N/m)

A类25 0 0.7

B类35 0 0.7

C类10 5 2.5

D类10 10 4.4

B）安装弧垂：不同的安装弧垂会对光缆的受力产生很大的影响，一般来说，档距越大安装弧垂也相应增大，而安装弧垂增大会减少光缆所受张力。因此，我们在选择ADSS光缆之前要向客户确认线路安装弧垂的范围。

C）线路电压等级：不同的线路电压会影响到ADSS光缆弧套类型的选择。见下表：护套类型最大感应电势适用电压

PE 12kV

110kV以下线路

AT 25kV

110kV及以上线路

D）档距：某一段线路（耐张段）中可能包含不同的档距，为保证线路的安全性，我们将按照该段线中的最大档距来选择光缆，下表为1%安装弧垂下，ADSS光缆的最大允许工作张力与气象条件、适用档距的对应关系。

PE AT 气象条件与适用档距(1%安装弧垂) 序号

最大允许工作张力(kN)

缆径(mm)

重量(kg/km)

重量(kg/km)

A 类

B 类

C 类

D 类

1 4 12.5 125 136 160 100 140 100

2 6 13.0 132 142 230 150 200 150

3 10 13.6 145 156 370 250 350 250

4 12 13.8 147 159 420 280 400 280

5 15 14.5 164 177 480 320 460 320

6 18 14.9 171 185 570 380 550 380

7 22 15.1 179 193 670 460 650 460

8 26 15.5 190 204 750 530 750 510

9 28 15.6 194 208 800 560 800 560 10 34 16.3 211 226 880 650 880 650 11 41 16.8 226 242 1000 750 1000 760 12 45 17.2 236 253 1100 800 1100 830 13

55

17.9

249

266

1180

880

1180

900

对于更大安装弧垂下ADSS 光缆的选择，须经过工艺工程师确认。

4.5 ADSS 光缆适用温度范围

长飞ADSS 光缆的运行、储运、运输温度范围：-40 - +60℃，超过此范围的温度要求的光缆选择须经过工艺工程师确认。

4.6 ADSS 光缆线路的安全系数

安全系数=光缆的断裂强度/光缆的最大允许工作张力，长飞ADSS 光缆的安全系数均为2.5。 4.7 电力线路对ADSS 光缆的要求

A ）机械强度：ADSS 光缆悬挂在空中，档距较大，并受冰荷、风荷的影响，要求具有高的机械强度，同时光纤不允许发生应变

B ）抗电腐蚀性能： ADSS 光缆运行在高场强环境，电腐蚀特别是电弧严重影响光缆外护套的完整，并可能危及光纤的安全，危害正常的电力通信 4.8 实现ADSS 光缆高机械强度的途径

A ）芳纶工艺：芳纶使用的种类、数量，芳纶的放线张力和绞合节距

B ）成缆工艺：保持光缆的高度整体性，控制松套管绞合节距，保证光缆的拉伸应变窗口在0.8-1.0%

C ）光缆的自重和外径：苛刻的使用环境要求ADSS 光缆以较小的自重和外径达到较高的机械强度

4.9 ADSS 光缆的余长

光缆的余长是指光缆的拉伸窗口：在应力-应变试验中，光纤应变不大于0.5%时，光缆的最大应变。长飞ADSS 光缆通过专业设计的大5管结构使得光缆的拉伸窗口达到0.8%~1%，特别适用于大跨踞的应用。

4.10 杆塔代表档踞的计算 ∑∑=

l

l

L 3

代表档踞

l ：耐张段中的各不同档踞 4.11 ADSS 光缆受力的计算

2

3221)(G G G ++ADSS 光缆所收承受的负荷G=

其中，G1为光缆自重、G2为冰荷、G3为风荷 4.12 ADSS 光缆电蚀发生机理

处于高压导线周围的自承式光缆与相线、地间的电容耦合所产生的电位在潮湿的光缆表面会产生电流；当光缆表面干燥时，会在干燥区发生电弧，引起的热量会侵蚀外护套导致裂口； 普通PE 外护套可以工作在小于12kV 的空间环境中，适用于10kV 、35kV 电力线路；然而对于110kV 及以上电力线路，要求ADSS 光缆具有更好的抗电蚀性能。使用AT 料制造ADSS 光缆外护套,使光缆可工作在25kV 感应电势环境中，适用于110~220 kV 线路。当线路电压大于220 kV 时，ADSS 光缆不适用，应考虑适用OPGW 光缆。 4.13 ADSS 光缆的命名

例：ADSS- AT-15kN-18B1+6B4，指采用AT 耐电蚀护套，最大允许工作张力为15kN ，包含18根G.652加上6根G.655光纤的ADSS 光缆。 4.14 ADSS 光缆热膨胀系数为负值的解释

光缆的热膨胀系数是由构成光缆的所有材料的热膨胀系数共同决定的。作为ADSS 光缆抗拉元件的芳纶丝的热膨胀系数为负值，即热缩冷涨。大跨踞的ADSS 光缆会承受较大拉力，因而需要施放较多的芳纶丝，从而导致光缆的综合热膨胀系数为负值。

五、OPGW光缆(仅供参考，不纳入考试范围)

5.1 OPGW光缆定义

OPGW：Composite Fiber Optic Overhead Ground Wire，光纤复合架空地线，它取代高压电力线路中一条或两条地线，同时实现架空地线（输电线路的屏蔽线和防雷线）以及通信光缆的功能。

5.2 OPGW光缆的结构

虽然OPGW光缆结构十分多样，但现阶段，国内主要采用的结构形式有：

A）铝螺旋骨架槽结构：包括塑料松套管铝螺旋骨架槽结构和紧套铝螺旋骨架槽结构，主要制造厂家有：LG、美铝藤仓和日立等；

B）中心铝管结构，主要制造厂家为上海电缆研究所；

C）不锈钢管中心管结构，主要制造厂家为康宁；

D）不锈钢管松套层绞结构：包括复合不锈钢管松套层绞结构（中天采用）和不锈钢管松套层绞结构。不锈钢管松套结构现在已获得绝大多数用户的认同，较为流行。长飞采用不锈钢管松套层绞结构生产OPGW。

5.3 OPGW光缆的命名

例：OPGW-AAAC/ACS-36B1(45/32-7.5)，

ACS- 缆芯部分为铝包钢线；

AAAC- OPGW外层采用铝合金线（如果采用铝线，则表示为ACSR）；

36B1- 36芯G.652光纤；

45/32- 铝部截面积为45mm2，钢部截面积为32mm2；

7.5- OPGW光缆的短路电流为7.5kA。

5.4 长飞OPGW光缆的特点

A）采用先进的不锈钢管生产技术，管内充满阻水化合物，以有效地保护光纤；

B）通过对不锈钢管内光纤余长和缆芯绞合节距的优化设计，使光缆中的光纤获得二次余长，以保证OPGW光缆在受到最大运行张力时光纤不受力；

C）长飞公司OPGW光缆的结构紧凑性好，既降低了冰荷和风荷，又确保了短路情况下产生的热量易散发；

D）长飞公司OPGW光缆的外径和拉力单重比与常用地线规格相近，可以用来直接替换原有地线而不须更改线路或更换铁塔，OPGW光缆的架设同样非常方便。

5.5 长飞OPGW执行标准

长飞OPGW按照IEEE1138、IEC1396规范等相关国际标准设计制造

5.6 OPGW光缆的关键参数

A）外径（mm）和重量（kg/km）：涉及到杆塔与OPGW的配合；

B）额定抗拉强度（RTS，kN）：Rated Tensile Stress，OPGW的主要机械强度指标，由气

象条件和光缆跨踞决定，增加OPGW中钢部的截面积可提高该指标；

C）短路电流容量（kA2*s）：OPGW的主要电力性能指标，由线路状况决定，增加OPGW

中铝部的截面积可提高该指标。

5.7 ADSS及OPGW金具的配置

名称使用方式推荐数量

每塔2套（始、终端塔1套）

耐张金具用于光缆始、终端，光缆接续处，

线路耐张杆塔

悬垂金具用于线路直线杆塔每塔1套

引下金具用于将光缆固定于杆塔每2米塔高1套

防振器用于光缆的防振及减振 100米~250米跨距，1对

250米~500米跨距，2对

500米~800米跨距，3对

800米及以上跨距，4对

接头盒用于光缆接续点每接续点1套

ADSS防振器多采用防振鞭，OPGW防振器多采用防振锤。

5.8 ADSS vs. OPGW

项目ADSS OPGW 结构形式松套层绞结构不锈钢管松套层绞结构

光缆材料全介质（全无金属）金属材料

抗拉元件芳纶丝铝包钢线或镀锌钢线

电力线路

使用环境电力线路（线路电压不大于

220kV）

敷设方式架空，多架设与导线下方架空，取代电力地线

施工方式可不停电施工停电施工

作用光传输线路保护和光传输

六、室内光缆

6.1 室内光缆结构

室内光缆是在900μm紧套光纤外均匀施放起加强作用的多股

芳纶丝，再挤上阻燃（PVC）外护套而成。

6.2 室内光缆命名

例：GJFJBV-2A1b

GJ- 室内光缆

F- 非金属加强元件

J- 紧套被覆

B- 扁平结构

V- PVC护套

2A1b- 2芯A1b光纤（62.5/125μm多模）

长飞室内光缆命名方式：123-4-56-78

?123:分类

?4:细分小类

?5:材料

?6:光缆颜色

?7:光纤数量

?8:光纤类型

具体光缆技术资料见公司产品介绍

6.3 室内光缆的色谱

室内光缆的色谱遵照GB13993.3-2001标准的相关规定：

A）外护套颜色：紧套光纤一般为本色；单模室内光缆外护套为黄色；多模室内光缆外护套为橙色；

B）光纤色谱：单芯室内光缆的紧套光纤为本色；双芯室内光缆的紧套光纤分别为本色和蓝色；多芯室内光缆的紧套光纤的色谱按照国标色谱W排列（其中白色由本色替代）；光纤带室内光缆中的光纤带为全色谱光纤带。

6.4 室内光缆的应用

多用于制作光纤连接器以及室内综合布线等无防水要求的场合。

6.5 室内光缆 vs. 室外光缆

项目

室内光缆

室外光缆

应用环境 室内

室外

环境要求

阻燃，柔软、直径小、易于敷设和安装

防水、防紫外线，出色的机械和温度特性以适应较为恶劣的室外条件，好的光学性能以适应长途传输

结构形式 紧套，无油膏填充 松套，一般有油膏填充 护套材料 一般为PVC

一般为PE

七、Jetnet

技术 (仅供参考，不纳入考试范围) 7.1 Jetnet 产品结构

典型结构

外护套 光纤 防水化合物 二次被覆

Jetnet 是将单模或多模光纤束套入激光焊接密封式不锈钢管中，每12根光纤用彩色轧纱捆成束，不锈钢管内填充无毒、无害的防水化合物，最后挤制黑色或彩色高密度聚乙烯（HDPE ）护套成缆。 7.2 Jetnet 产品应用

充分利用微管资源，特别适用于骨干网、接入网和光纤到户。

7.3 Jetnet 的技术优势

A ）可随通信业务量的增长分批次吹入光缆，及时满足用户需求；

B ）初期投资省，较其它现有的光缆敷设技术节省投资约60%；

C ）便于今后采用新品种光纤，在技术上保持领先；

D ）易于平行扩容和纵向扩容，减少挖沟工作量，节省土建费用；

E ）无须事先决定放置接续盒和光缆分岐的位置，在不影响其它光缆正常运行的情况下，可随时、随地进行光缆分歧；

F ）利用Y 型连接器，分歧方便快捷，成本低廉；

G ）光缆最大气吹距离可达6公里，人孔、手孔和接续头数量大幅减少； H ）光纤组装密度高，节省管孔资源；

I）子管可重复利用。

7.4母管直径 vs. 最大布放子管的数量

子管直径

母管直径

10mm 7mm

25mm 1 2

32mm 3 6

40mm 5 10

50mm 7 14

63mm 10 20

7.5 Jetnet光缆芯数 vs. 光缆外径

光纤数

单模光纤多模光纤光缆直径（mm）

2-12 2-8 3.9

14-60 10-48 5.0

7.6 Jetnet vs. GYXTW

光缆结构GYXTW 微型不锈钢管中心管式光缆最大芯数 48芯 60芯

光缆直径 2-24芯 13mm

38-48芯 15mm 2-24芯 3.9mm 48-60芯 5.0mm

光缆重量 2-24芯 170kg/km

38-48芯 200kg/km 2-24芯 15kg/km 48-60芯 30kg/km

阻水措施钢带铠装+油膏填充+阻水化合物无缝钢管+油膏填充

光缆分岐普通分歧方法利用于Y型连接器光缆，可直通到用

户端，不用切断光纤，大大缩短分岐

所需时间

光纤保护松套管+钢带+平行钢丝+MDPE护套无缝钢管+HDPE护套+HDPE子管，

整体抗侧压能力强