光纤带光缆的发展动向

光纤带光缆的发展动向

1 引言

自从20多年前低损耗光纤进入实用以来，在长途线路和市内局间中继线路上已普遍使用光缆。1993年美国政府提出要在1997~2000年初步建成“信息高速公路”之后，许多国家都纷纷提出要在2015年前建成“信息高速公路”。从现在的以模拟电话为主的网络转向未来的宽带综合业务通信网必须实现接入网中用户环路的光缆化。用户环路的光缆化是在建设“信息高速公路”中投资最大而任务最艰巨的一环。因而，设计与制造性能良好、成本低廉和使用方便的用户环路用光缆是至关重要的。

未来的用户环路的构成有多种可能的形式，可以是有源的，也可以是无源的；可以是星形的，也可以是环形的。最后一个光缆节点离用户的距离也不同，光缆可以直接通到用户，也可以只到大楼、街边或小区。图1示出用户环路的一般结构。这里不作详细讨论。但是无论采用何种具体的网络结构，对光缆来说，用户环路中的光缆最主要的特点是大芯数。所以，提高光缆中光纤的集装密度和缆中光纤的接续速度是要考虑的两个重要因素。为了解决这两个问题，先把若干根光纤组成光纤带后再装入缆中是一种有效的措施。

光纤带的研究开始于1977年，而随着光纤进入用户环路而得到了加速。日本是首先主张光纤到户(FTTH)的国家，80年代后期就加速开展光纤带光缆(带状光缆)的研究和开发，最近又提出要提前于2010年实现光纤到户。所以在光纤带光缆的开发中包括大到数千芯的光缆。然而，北美和欧洲的大部分国家则提出首先实现光纤到大楼(FTTB)、光纤到街边(FTTC)或光纤到小区(FTTZ)，所以把重点放在开发1000芯以下的光缆上。这种方案可能更适合于我国的国情。在本文中也将重点讨论这些光缆。在用户环路中，除了在馈线部分需用大芯数的光缆外，在配线部分(如图1所示)还需要芯数比较小的光缆。这些光缆也能利用光纤带的某些优点而采用光纤带。此外，在高压输电线的架空地线中加入光纤带单元来代替单纤单元也是光纤带的一个重要用途。本文也将对光纤带的这些用途作简单的介绍。

图1用户环路的一般结构

2 光纤带

在光缆中采用光纤带代替单纤有以下几点好处：

(1)提高光缆中光纤的集装密度，也就是说在给定外径的光缆中能容纳更多的光纤。这不但节约了光缆成本而且也节省了管道。

(2)光纤带中的光纤可以进行集体接续，大大缩短接续时间。对于在用户环路中的光缆，由于接头的数目大大多于长途光缆，这点好处尤为重要。

(3)光纤带的应用使光缆中的光纤容易识别，并使光缆接头盒中盘留的光纤能排列整齐而便于维护。

(4)使光缆附件(例如接头盒)的尺寸缩小而降低成本。

2.1 光纤带的结构

光纤带有两种基本结构，即包封式和粘边式。图2示出它们的剖面。

图2 光纤带的结构

在包封式光纤带内，每根光纤的四周均被包封用的涂料所包围；在粘边式光纤带内，只有光纤的相邻两侧有涂料粘结。表1列出IEC 794-3(1994)中关于光纤带几何尺寸的规定。表中所用各种尺寸的符号在图3中说明。表2和表3分别列出国外和国内几个制造厂所生产的光纤带的尺寸的例子。从这几张表中可见，IEC的规定很宽松。各国所生产的光纤带的尺寸一般都小于IEC的规定。似乎有多采用薄包封层光纤带的趋向。

图3 说明光纤带几何尺寸的剖面图

注：暂定值

(1)光缆的结构-光纤带上较厚的涂层提供更好的缓冲作用，使光纤带的抗微弯性能并因而其抗侧压性能较好。在骨架式光缆中，往往要把多根光纤带密集地放入骨架槽中，容易受到侧压力。所以最好采用包封式光纤。与之相反，在松管式光缆中，放在松管中的光纤带几乎不会受到侧压力，而为了减小松管的尺寸，可以采用粘边式光纤带。

(2)生产工艺-粘边式光纤带一般只需一次涂覆成型，而涂层较厚的包封型光纤带常需二次成型，在工艺上要复杂一些。

(3)生产成本-生产光纤带所用的涂料的价格较高，在光纤带的成本中占相当的比重。采用涂层较薄的光纤带有利于降低成本。而且，光纤带尺寸的减小也使光缆的成本有所降低。

2.2 光纤带的生产流程

光纤带的生产是从已着色的光纤开始的。图4为光纤带生产流程的示意图。首先把着色光纤从各只放线盘上平滑地放出。在进行张力测量以后(放线张力一般应控制于3~6N)经过导轮和静电消除器而来到涂覆杯。在涂覆杯中，多根光纤被平行地粘结在一起。当需要较厚的涂层时，要经过一个双重湿-湿的涂覆过程。这个机械部件是光纤带的生产流程中最精密的部分。涂覆杯中的模子给光纤带提供了正确的几何形状和尺寸。涂覆了涂料的光纤然后通过紫外线灯。在紫外光的照射下，涂覆的树脂迅速固化。固化后的光纤带通过牵引轮和X-Y-轴测量装置。最后成品光纤带被收到直径较大的收线盘上，流到下一道成缆工序。

图4 光纤带生产流程示意图

如果所用的光纤是未经着色的，则应先进行着色。着色工序可以单独进行，也可以在着色-涂覆串列生产线上在一个工序中进行。

2.3 光纤带的色谱

光纤带色谱尚无统一的国际标准规定。国外的一些制造厂大多采用字母和颜色标志来区分光纤带叠堆中的光纤带和光纤带内的光纤，国内则大多采用颜色标志。颜色标志又分为领示色谱和全色谱两种。领示色谱中包含一些不着色的本色光纤而节约一部分的着色工序且简化了工厂管理，但是使用者区分光纤时略有不便。采用本色光纤还因省去着色层而使光纤外径略小于其他着色光纤，在一定程度上影响光纤带的平整度。故较适宜于小芯数的光纤带。最近Alcatel在拉制光纤时在光纤的二次涂覆层中加进颜色，称为“锁色”。采用锁色光纤能降低成本、使颜色更持久明亮而不影响光纤强度和光纤外径。

表4～表6示出领示色谱和全色谱的几个例子。

注：光纤带叠堆中每根光纤带上需要附加标注来区分光纤带的序号。

注：表中n为光纤带中光纤的总数。若No n-1光纤的颜色与No n光纤的颜色相同，则No n-1光纤改用白色。

2.4 光纤带的涂层

在众多的因素中，光纤带的涂料及其固化为决定光纤带性能的主要因素。为了减少光纤带中的应力，宜选用在常温和高温时有较高杨氏模量，而在低温时杨氏模量和线膨胀系数都不太大的涂覆材料。固化后的涂层表面应光滑而不带黏性。最常用的光纤带涂料是UV固化的丙烯酸氨基甲酸酯。当用紫外光照射时，丙烯酸酯的交联反应会由于固化炉中的氧污染而受到阻碍，使光纤表面带粘性。在光纤带涂料中适当加入一些光引发剂(photo initiator)可以减少氧对固化反应的阻碍作用。在涂料中加些释放剂也可以减少表面的粘性。日本一家人造橡胶公司开发出一种在紫外光照射下会起反应的聚二甲基硅氧烷。在光纤带涂料中加入这种材料能大大降低固化好的光纤带涂层表面的粘性。

2.5 光纤带的性能

到目前为止，尚没有国际公认的光纤带规范。IEC 794-3(1994)除了在2.1节内所提到的比较宽松的光纤带几何尺的规定外，只提出一些性能项目。下面将一些制造厂所进行的试验项目和试验结果作为例子进行简要的介绍。在不久将公布的IEC 794-3的新版中可能会有较详细的性能规定。

2.5.1 传输性能

光纤带内光纤的传输性能基本上取决于成带前单根光纤的传输性能。做成光纤带后主要有以下几项性能可能改变而需要测定：

(1)衰减-成带后附加损耗一般在1310nm和1550nm波长上应≤0.01dB/km。

(2)衰减温度特性-在-40℃到+60℃(除另有规定外)范围内进行。在温度循环期间，衰减的变化应在±0.1dB/km以内。

(3)微弯损耗-在微弯试验中，把光纤带放在两张p50级砂纸之间。首先不加压力负载作为基准。然后逐级加载并测量衰减。图5示出试验结果。