光纤光缆的基本知识与制造

●光纤的导光基本原理
❖ 光线经过两种不同介质的交界面时，就会发生偏折现象，一般称之为 光的折射。当光线由光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角时， 就会发生全反射现象。光纤就是利用光的这种全反射特性来导光的。 如下图所示：
媒质2 折射率为 n2
θ2
θ1
θ0
媒质1 折射率为 n1
n1 ＞n2
当θ2＞θ0 时，实现全反射， θ0为 临界角.
●课程纲要
v 光纤通信简史 v 光纤通信的优点 • 光纤的基本结构和传输原理 • 光纤的导光基本原理 • 几个主要的有关名词与术语 • 母棒的生产制造工艺 • 光纤的生产制造工艺 • 光缆预期使用寿命及保证措施 • 光缆的特性和材料
❖ 光缆的主要结构和特性 • 光缆的命名方法 • 光纤带色谱识别 • 光纤带光缆主要型式 • 光缆结构图解 • 光缆主要生产与测试设备 • 光缆主要原材料清单 • 质量保证体系
综合性能测试
张力试验 复绕机
张力筛选
拉
21.5 m
丝
塔
拉丝
包层
125μm
一次 涂覆
一次涂覆层
200μm
二次 涂覆
二次涂覆层
245μm
收线
●光纤的生产制造工艺
3 2
4 5
6
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Baidu Nhomakorabea15
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❖ 2、夹棒、送棒装置 ❖ 3、光纤的位置控制（X-Y水平装置） ❖ 4、高温拉丝炉 ❖ 5、丝径监控仪 ❖ 6、一次冷却管 ❖ 7、裸光纤牵引装置 ❖ 8、一次涂覆 ❖ 9、一次涂覆同心度监控仪 ❖ 10、一次固化 ❖ 11、内涂层直径监控 ❖ 12、二次冷却管 ❖ 13、二次涂层 ❖ 14、外涂层同心度监控仪 ❖ 15、二次固化 ❖ 16、光纤直径监测 ❖ 17、PMD装置 ❖ 18、张力测试议 ❖ 19、摆轮（舞踏轮） ❖ 20、双盘收线装置
阶模）。 ❖ 模场直径：单模光纤中只有基模传播，通俗地说，模场直径就是基模光斑
的大小。 ❖ 截止波长：是单模光纤所特有的一个参数，常用符号λC表示。判断一根光
纤是不是单模光纤，只要比较一下它的工作波长λ与截止波长λC大小就可 以了。如果λ＞λC则为单模光纤，该光纤只能传输基模；如果λ＜λC就不是 单模光纤，光纤中除了基模外，还能传输其它高阶模。
❖ 色 散：是指不同颜色的束光通过透光物质后被散开的现象。 ❖ 色散系数：是指单位波长间隔所生产的群时延差。是单模光纤的一个重要
特征参数。 ❖ 带 宽：在多模光纤中由于各个模式的传播路径和传播速度不同而产生
各个模之间的时延差。一窄光脉冲从光纤一端入射，经过光纤之后，在光 纤出射端形成被展宽的光脉冲，这种现象称之为带宽。 ❖ 数值孔径：是指光纤的集光能力，可以表示为临界角的正弦。是多模光纤 的一个重要参数。
●母棒的生产制造工艺
• 主要采用四种气相沉积工艺： • 1、气相轴向沉积法，VAD法 • 2、管外气相沉积法，OVD法 • 3、改进的化学气相沉积法，MCVD法 • 4、等离子体化学气相沉积法，PCVD法
OVD VAD MCVD
1500mm
预制棒准备
60mm
水平玻 璃车床
接棒、抛光
综合性能 测试仪
●光纤通信简史
❖ 光纤通信是以光波为载体，光纤为传输媒质的通信方式。 ❖ 1965年之前光纤已在学技术中得到应用，但仅限于短距离传输图象，衰
减为1000dB/km ❖ 1966年英籍华人高锟博士提出石英光纤理论和光纤通信的概念，通过理
论推导指出石英玻璃的衰减可降到20dB/km以下可用于通信。 ❖ 1970年美国康宁公司生产出衰减为20dB/km的光纤，之后光纤通信飞速
❖ 光缆寿命计算：
❖ 在静态负载应力δs下,经筛选试验的光纤在运行时间t s内的累计断裂概率
F为：
F
1
exp
NP
L[ 1 1
c
(1
snts pnt p
m
)n-2
1]}
❖ 式中：
❖ ts ❖ tp ❖ Np ❖L
预期寿命 筛选试验时间 筛选试验中每公里光纤的断裂次数
●光纤的基本结构和传输原理
传输基本条件: 折射 率n1＞n2
纤 芯 ： SiO2+GeO2 纯 度 99.9999%(n1)
包 层 ： SiO2 纯 度 99.9999%(n2)
二次涂层:丙烯酸树脂 一次涂层:丙烯酸树脂
❖ 从光学意义上讲光在光纤中的传输利用了光的全反射原理。光在均匀媒质 中是直线传播的，在不同的媒质中传输速率不同v=c/n 光经过两种介质 交界面时会发生偏折现象。
●光缆预期使用寿命及保证措施
❖ 光缆使用寿命主要取决于光缆所采用材料之间的相容性、耐环境适应性 和光缆中光纤的余长控制。
❖ 保证措施如下：
❖ 1、对原材料的使用进行严格选取。
❖ 2、根据用户对光缆的使用环境要求，合理设计光纤余长，严格控制生产 工艺技术条件，确保光纤余长达到设计要求。
❖ 3、 依据光纤寿命的计算公式，对光纤寿命进行定量分析并做应变试验， 验证设计和工艺控制的正确性，达到理论与实际相统一确保光缆预期使 用寿命。
●几个主要的有关名词与术语
❖ 信 号：一种物理现象，它的一个或多个特征可能变化而代表信息。 ❖ 时分复用：为了在一条公共信道上传输若干个信号，而在时间上使它们相
互错开的一种复用。 ❖ 传 导 模：同时满足全反射和相位一致等两个条件的光线束称之为传导模。 ❖ 多模光纤：是指一种能够承载多个模式的光纤。光纤中存在多个传导模。 ❖ 单模光纤：是指一种只能传输一种模式的光纤。光纤只能传输基模（最低
发展。 ❖ 现在普通单模光纤在1550nm处衰减已降到0.2dB/km以下。
●光纤通信的优点
❖ 传输衰减低，中继距离长（同轴、市话电缆一般在20db/km左右） ❖ 传输带宽宽通信容量大。 ❖ 尺寸小，重量轻。（光纤直径小，6~36芯光缆12mm左右，玻璃比重
2.2g/cm3，铜的比重8.9 g/cm3，同径下的重量比是1/15，运输敷设方便， 带状光缆密集度更高） ❖ 不受电磁感应、强电、雷电干扰，不会产生放电、火花等。（传送光信 号，非金属不导电媒质。在电力线路、矿井、军火库、电气化铁路、多 雷电地区、易燃易爆场所可以使用） ❖ 光纤间无电磁干扰无串光，不会串音，保密性好 ❖ 节省自然资源—有色金属。（1km光纤只有27g SiO2价廉） ❖ 不会腐蚀。