光纤光缆工艺知识

随着光纤制造技术不断发展，出现OM2、OM3、OM4多模光纤，传输速率和带宽 不断提高。目前常用的多模光纤是A1a、A1b、 OM2、OM3、OM4 。
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光纤的传输原理
光纤的传输原理
假设您希望手电筒的光束照亮 又长又直的走廊，那么只需将光束 顺着走廊方向照去即可，光线是沿 直线传播的，这没什么问题；那么 如果走廊不是直的呢？您可以在拐 弯处放一面镜子，在拐角周围反射 光束；那么如果走廊有很多拐弯呢 ？您可能需要沿墙放置许多面镜子 来反射光束，使其沿着走廊不断反 射。这就是光纤的工作原理。
光缆的定义
光缆的定义
光缆（optical fiber cable），
是一定数量的光纤按照一定方式组成 缆芯，外包有护套，有的还包覆外护 层，用以实现光信号传输的一种通信 线路。一般是由缆芯、加强钢丝、填 充物和护套等几部分组成，另外根据 需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属 导线等构件。
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光缆的特点
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光纤的结构与分类
光纤的结构与分类
1光纤结构 光纤是又细又长而且非常纯的玻
璃丝，直径和人的头发相仿。光纤 成束排列在光缆中，用于远距离传 输光信号。 近距离观察单根光纤时，可以看 到它具有以下部分： 纤芯——光纤的细玻璃中心，光在 此传播 覆层——覆盖纤芯的外部光学材料 ，可将光反射到纤芯 缓冲涂层——保护光纤免受损坏和 潮湿的塑料涂层
不同的导引模的群速度不同引起的色散成为模间色散，模间色散只存在与多模 光纤中。
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光纤的结构与分类
截止波长 截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时, 光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含 高阶模)的光。
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光纤的结构与分类
d) G.657光纤问世，2006年末，ITU-T又制定了新标准光纤，它是一种接入网用 弯曲不灵敏性单模光纤。美国康宁、日本古河、荷兰德拉克、日本住友、中 国长飞等公司后开发了这类光纤。其弯曲性能与G.652光纤对比如下：
日本OFS(现属古河)弯曲不灵敏性单模光纤与其它光纤的弯曲特性比较:
圈数 弯曲直径,mm
1993-2006期间光纤通信窗口扩展到4、5及S波段，光纤通信窗口全打开，新 开发四种新品种光纤，光纤特性更趋完善。
a) 非零色散位移单模光纤。其工作在第三窗口（1530-1565nm）和第四窗口 （1565-1625nm），为抑制密集波分复用系统中的四波混频（FWM）和交叉相 位调制（XPM），减小光通道间的非线性干扰而产生。
由于材料折射率n是波长λ（或频率w）的非线性函数，d2n/d2λ≠0，于是不同频 率的光波传输的群速度不同，所导致的色散成为材料色散。
由于导引模的传播常数β是波长λ(或频率w)的非线性函数，使得该导引模的群速 度随着光波长的变化而变化，所产生的色散成为波导色散（或结构色散）
偏振模色散指光纤中偏振色散，简称 PMD(polarization mode dispersion)，它 是由于实际的光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中，由于 光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦 合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，引起信号失真。
波长,nm
G652,dB
G652D,dB
1
20
1550
1
1
20
1625
4
1
30/32
1550
0.10
0.05
1
30/32
1625
0.40
1ห้องสมุดไป่ตู้0
50
1550
0.05
0.05
100
50
1625
0.25
100
60
1550
0.03
0.05
100
60
1625
0.10
0.05
OFS,dB 0.2 0.5 0.02 0.05 0.01 0.05 0.03 0.03
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光纤技术的发展
b) 低水峰单模光纤G.652C。朗讯1998年推出全波光纤即低水峰光纤，使1383nm 的水峰几乎不存在（衰减0.35dB/km），打开了光纤的第五窗口。即E波段 （1360-1460nm），从此单模光纤从1260nm至1625nm波长范围内，具有优异的 衰减性能。
c) G.656光纤问世，非零色散信移单模光纤扩展到S波段,在S、C、L波段均可使 用DWDM,而且色散控制在2.0-14ps/(nm.km)范围内,且色散为正值。
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光纤的传输原理
光从具有某种折射率(m1)的介质传 输到另一种具有较低折射率(m2)的 介质时，会从一条与表面垂直的假 想线（法线）开始发生弯曲或折射 。通过m1的光线与法线之间的夹角 越大，通过m2折射的光线就偏离法 线越远。
在某个特定角度（临界角），折 射光将不再进入m2，而是沿两种介 质之间的表面传播（sine[临界角 ]=n2/n1，其中n1和n2是折射率[n1 大于 n2]）。如果通过m1的光线大 于临界角，则折射光将全部返回到 m1（全内反射），即使m2是透明的 ！
表2
IEC分类编号 A1a A1b A1c A1d A2a A2b A2c A2d A3a A3b A4
多模光纤分类
光纤名称 渐变型多模光纤 渐变型多模光纤 渐变型多模光纤 渐变型多模光纤 突变型多模光纤 突变型多模光纤 突变型多模光纤 突变型多模光纤 突变型多模光纤 突变型多模光纤
塑料光纤
光纤类别 50/125μm 62.5/125μm 85/125μm 100/140μm 50/125μm 85/125μm 100/140μm 200/250μm 200/300μm 200/380μm 980～990/1000μm
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光纤的结构与分类
2 光纤分类
目前光纤主要分为两大类：单模光纤和多模光纤
单模光纤(Single Mode Fiber)是只能在指定波长下传输一种模式的光纤，中心 玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，因此，其模间色散很小，适用于远程通讯 ，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较 高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。这类光纤有两个工作窗口：1310nm和 1550nm。
多模光纤允许不同模式的光于一根光纤上传输，由于多模光纤的芯径较大， 故可使用较为廉价的耦合器及接线器，多模光纤的纤芯直径为50μm至100μm 。多模光纤分为2种：一种是梯度型（graded）另一种是阶跃型（stepped） 。目前使用较多是梯度型。工作窗口有：850nm和1300nm。
单模光纤和多模光纤的分类如表1和表2
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光纤的结构与分类
表1
IEC分类编号
单模光纤分类
光纤名称
B1.1
非色散位移单模光纤
B1.2
截止波长位移单模光纤
B1.3
波长扩展的非色散位移单模光纤
B2
色散位移单模光纤
B4
非零色散位移单模光纤
B6
弯曲不敏感性光纤
ITU-T建议编号 G.652A、G.652B
G.654 G.652C、 G.652D G.653
• 光缆尺寸小、重量轻
3
• 在相同话路情况下，光缆的直径不到电缆直径的1/4，重量不及电缆的1/15。
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光缆的特点
• 不受电磁感应，不受强电、雷电干扰
• 光纤是非金属导电媒质。光纤中传输的光信号不受电磁感应，不受强电、雷电干扰，
也不受接地点间电位差的干扰。强电、雷电虽然会在光缆的金属导体上感应起有危害人
1982-1992年是G.652 及G.653 、G.654单模光纤开始大规模应用期，打开光纤的 第二窗口（1310nm）和第三窗口（1550nm）。到1985年， G.652光纤1310nm损耗已 达0.35dB/km,1550nm损耗已达0.21dB/km。
1985年日本、美国研发的G.653色散位移光纤商用化，其特点是把零色散点从第 一窗口移到时第三窗口，1550nm波长损耗最低，而且色散也最小。90年代初，掺铒 光纤放大器（EDFA）开始商用化促使密集波分复用（DWDM）提上议事日程。但 G.653光纤在1550nm 波长处是零色散DWDM系统波道间的非线性干扰十分严重，因而 没在世界上推广开来。这一时期还产生了一种截止波长移位光纤G.654 ，它在 1550nm处不但损耗低，而且微弯损耗小，适合使用光放大器的长途干线系统和海底 光缆系统。
1972-1981年间是多模光纤研发和应用期。前期使用的波长是850nm，称为第一窗 口。先开发了阶跃型多模光纤，接着开发了A1a类梯度多模光纤（50/125），其衰 减3.0-3.5dB/km，带宽200-800MKz.km，随后又开发了A1b类梯度多模光纤（
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光纤技术的发展
62.5/125），其衰减3.0-3.5d B/km，带宽100-800MKz.km。最大比特速率60Mb/s。 70年代末到80年代初,开发了第二窗口(1300nm) 。A1a类衰减0.8-1.5dB/km，带宽 200-1200MKz.km； A1b类衰减0.8-1.5dB/km，带宽200-1000MKz.km，最大比特速率 100Mb/s。
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光纤技术的发展
光纤技术的发展
1966年,在英国工作的中国人高锟与英国人霍克曼共同提出用玻璃纤维作为光传 输介质的科学设想，开辟了数据传输的新纪元。
1970年，美国康宁公司研制成功了损耗小20dB/km 的石英单模光纤。
1970年，美国贝乐实验室研制成功室温下连续振荡半导体激光器。半导体激光器 体积小、耗电少，又能直接用电流调制，使用极为方便。1977年贝乐实验室研制成 功室温下寿命100万小时的连续振荡半导体激光器，为光纤通信的商用化奠定了基 础。
4
身和通信设备的高电压或短暂的大电流，但不会影响光纤中光信号传输性能。。
• 节省有色金属
5
• 光缆中不含有铜、铅等有色金属，只有钢丝、钢带和铝带通用金属。
• 适用于需防爆、高压和雷电的场合
• 光纤传输的是光信号不是电信号，光纤是非导电体。若光缆中不包含金属构件（非
6
金属光缆），光缆不会产生放电和电火花，也不会受电磁、强电干扰。
光缆工艺知识
主讲 王兵
2018年10月15日
Property of Yangtze Optical Fibre and Cable Co. ,Ltd.
目录
光缆的定义 光缆的特点 光纤的结构与分类 光纤的传输原理 光纤技术的发展
光缆标准 光缆的组成与分类 光缆型号命名方法
光缆的生产流程 工序质量指标控制点
光缆的特点
• 传输衰减低、中继距离长
•
单模光纤在1310nm波长的衰减系数约0.35dB/km， 1550nm波长的衰减
1
系数约为0.20dB/km。同轴电信对60MHz信号的传输损耗为19dB/km，市话电 缆对4 MHz信号的传输损耗为20dB/km。
• 传输带宽宽、通信容量大
2
• 多模光纤带宽为200MHz.Km～1.5GHz.Km，单模光纤带宽可达THz.Km以上。
1976年美国首先在亚特兰大成功在进行了44.736Mb/s传输10km的光纤通信系统现 场试验,使光纤通信向实用化迈出了第一步。
1977美国在芝加哥两个电话局之间开通世界上第一个使用多模光纤商用光纤通信 系统（距离7km，波长850nm，速率44.73Mb/s ）1979年单模光纤通信系统也进入了 现场试验。以后光纤通信在作世界飞速发展起来。
G.655
G.657
目前常用的单模光纤是G.652B、G.652D、G.655、G.657。
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光纤的结构与分类
色散
在光纤中传输的光信号（脉冲）的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度 传播，到达一定距离后必然产生信号失真（脉冲展宽），这种现象称为光纤的色 散或弥散。
光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。其中， 模间色散是多模光纤所特有的。
光缆中的光在纤芯（走廊）中通过不断反射到覆层（装满镜子的墙）来进行传 播，这就是全内反射的原理。由于覆层并不会从纤芯中吸收任何光，因此光波能够 传播很远的距离。然而，有些光信号在光纤内会发生衰减，这主要是由于玻璃中含 有杂质。信号衰减的程度由玻璃的纯度和传输的光的波长决定（例如，850纳米时 衰减率为60%-75%/公里；1300纳米时衰减率为50%-60%/公里；1550纳米时衰减率则 超过50%/公里）。有些优质光纤的信号衰减率非常低，1550纳米时衰减率仅为不到 10%/公里。